JP2023503807A - 基板上に成膜するためのマイクロ波補助装置、システムおよび方法 - Google Patents

Abstract

本発明は、少なくとも１種類の化学前駆体を有する溶液を含むカートリッジ内において、大型基板を含む基板上に薄膜を成膜するための装置を提供する。当該基板は、下向きに保持されることが好ましい。当該少なくとも１種類の化学前駆体は、マイクロ波透過性窓を透過する一様なマイクロ波の場に曝されると、基板上に薄膜を形成する。また、本発明は、マイクロ波を照射し、前記基板上に薄膜を成膜するための処理を制御するシステムを提供する。また、本発明は、基板上で一様な厚さおよび特性の膜を得るための、または、被制御の非一様性を基板にもたらすための処理を提供する。また、本発明は、連続的なバッチ処理により一連の基板上に成膜する装置および方法を提供する。

Description

発明の詳細な説明

［技術分野］
本発明の主題は、液体媒質中において、マイクロ波補助環境下にて基板上に成膜するための装置、システムおよび処理に関する。

基板上への薄膜の成膜（堆積、付着）は、熱蒸発（thermal evaporation）、スパッタリング、化学蒸着（chemical vapour deposition：ＣＶＤ）、電気めっき、ゾルゲル等を含む、さまざまな方法によって行われる。しかしながら、技術的に重要な特定の耐火材料（例えば、フェライト、ペロブスカイト）の結晶膜は、特に≦６００℃の温度において、これらの公知の方法によっては成膜することができない。そのため、これらの方法は、ＣＭＯＳに適合するものではない。さらに、フレキシブルエレクトロニクス（flexible electronics）の分野でも、低温処理が求められている。上述の問題を克服するために、マイクロ波補助システム（microwave-assisted system：ＭＡＳ）に基づく処理を用いることができる。しかしながら、ＭＡＳに基づくシステムおよび方法では、コーティングする基板または表面は、向きがランダムな状態で前駆体の溶液中に浸漬される。そのため、マイクロ波の電界強度が、基板表面の全体にわたって一様ではなくなる。加えて、このような装置／システムにおいては、成膜チャンバとマイクロ波空洞とが同一である。その結果、（成膜処理によって）マイクロ波空洞に汚染が生じ、溶液中のマイクロ波場分布だけではなく、基板表面全体のマイクロ波場分布にも悪影響が及ぶ可能性がある。

公知の技術では、薄膜の成膜および基板の表面処理のために、マイクロ波生成プラズマが使用される（例えば、ＵＳ４２６５７３０Ａ、ＪＰＳ６２２１８５７５Ａ、ＵＳ５３８９１９７Ａ、ＵＳ５５５６４７５Ａ）。マイクロ波プラズマ反応器には通常、気体を含んだ真空チャンバが含まれる。当該気体にエネルギーを与えることで、プラズマが形成される。マイクロ波エネルギーは、誘電性の窓または誘電性の障壁を通して、当該真空チャンバに導入される。当該誘電性の窓または誘電性の障壁は、マイクロ波エネルギーがチャンバ内に入ることを可能にしつつ、この処理チャンバ内の真空を維持する。このような誘電性窓は、生成するプラズマへの曝露による腐食を受けやすい。加えて、（ミリトールのオーダーの）かなり低い圧力を反応器の内部で維持することが必要であるため、装置の製造は煩雑なものとなり、さらに装置の運転は高価で複雑なものとなる。そのうえ、このような反応器は気体用であり、いかなる種類の液体または溶液のためにも用いるものではない。さらに、マイクロ波プラズマ中での薄膜（コーティング）の成膜では、高エネルギー荷電粒子が膜／基板に衝突し、これが、膜の損傷または膜／基板の欠陥を引き起こす可能性がある。加えて、一般に、マイクロ波プラズマ補助により成膜した膜には、成膜した膜を結晶質とするために、上昇した温度にて焼鈍を行うことが必要となる。このような焼鈍は、低温処理全般、特にＣＭＯＳ処理には適合しないであろう。

ペプチド合成および分析試料調製のためのマイクロ波‐誘電加熱の原理は、ＵＳ７２８２１８４Ｂ２およびＵＳ１０３９０３８８Ｂ２に開示されている。しかしながら、このようなマイクロ波合成では、温浸のための液体試料を取り扱っている。このようなマイクロ波合成に関連する装置の特徴は、一般に、大きな体積（例えば、１００００ｃｃ）上の全体において、マイクロ波電界強度が非一様であることである。具体的には、このような機器は、固体物質を取り扱うことを意図したものではなく、例えば、基板表面の全体にわたって一様な厚さの膜で、（３００ｍｍを上限とする拡がりを有する）大型基板等をコーティングすることを意図したものではない。

ＵＳ６８６７４００Ｂ２には、マイクロ波照射を用いた連続流（化学）合成が開示されている。かかる合成のための装置には、関係する液体がマイクロ波空洞を通過するように、ごく小さな流入口管路と流出口管路とが設けられている。しかしながら、空洞の大きさが非常に小さく、扱うことができるのは分光フローセルのみである。このような装置では、大型基板上に薄膜を成膜するのは不可能である。

公知の技術には、マイクロ波ポートの動的な移動または静的な移動にも制限がある。この制限によって、ポートが発するマイクロ波場に対して必要な操作が妨げられるため、広いエリアにわたり一様なマイクロ波電界強度を作り出すことができない。

当技術分野で知られるＭＡＳ処理には、マイクロ波空洞内に配置された（基板が浸漬した）前駆体溶液を照射することが含まれている。結果として、照射中に発生する溶液の蒸気がマイクロ波空洞またはチャンバを満たし、それにより、マイクロ波空洞の（導電性）内壁が非導電層によりコーティングされる。このコーティングがマイクロ波空洞内のマイクロ波場分布を変化させ得、これによりＭＡＳ処理に影響が及ぶ。すなわち、基板全体にわたる膜の厚さ、組成の一様性が変わり、成膜速度が変化する。このように、公知のＭＡＳ処理には、半導体デバイス製造に使用される基板に対する成膜過程において通常必要な、「清浄さの条件（clean conditions）」を達成することにも制限がある。

［本発明の対象］
したがって、本発明の最も重要な目的は、液体媒質中でのマイクロ波補助化学反応を用いた、大型基板を含む基板上に成膜するための装置を提供することである。

本発明の一目的は、基板カートリッジチャンバおよびアプリケータ（マイクロ波アプリケータ）が物理的に分離した構成を有する、基板上に成膜するための装置を提供することである。

本発明の別の目的は、基板表面全体にわたって厚さおよび組成が一様な膜を得るための、大型基板上に成膜するための装置を提供することである。

本発明のさらに別の目的は、基板が下向き構成にて配置される、当該基板上に成膜するための装置を提供することである。

本発明のもう１つの目的は、一様な薄膜の成膜に必要なマイクロ波場の強さの一様性を実現し制御するための装置を提供することである。

さらに、本発明の一目的は、基板上に成膜して、基板上の核生成の密度を制御するための装置を提供することである。

本発明のさらに別の目的は、単一の工程にて、パターン形成された膜およびコーティングを基板のうちの選択されたエリア上に成膜するための装置を提供することである。

本発明のもう一つの目的は、基板の両面に同時に成膜するための装置を提供することである。

さらに、本発明の一目的は、基板の表面全体にわたって厚さおよび組成に勾配のある膜を成膜するための装置を提供することである。

本発明のさらに別の目的は、（１または複数の）適切な静止金属層または回転金属層を用いて、マイクロ波場の偏光を成膜中に動的あるいは静的に制御するための装置を提供することである。

本発明のさらなる目的は、バッチ処理にて基板上に成膜するための装置を提供することである。

さらに、本発明の一目的は、液体媒質中でのマイクロ波補助化学反応を用いた、大型基板を含む基板上に成膜するためのシステムおよび処理を提供することである。

［発明の概要］
本発明は、少なくとも１種類の化学前駆体を有する溶液を含むカートリッジ内において、基板上に薄膜を成膜するための装置を提供する。当該基板は、下向きに保持されることが好ましい。当該少なくとも１種類の化学前駆体は、マイクロ波透過性窓を透過する一様なマイクロ波場に曝されると、基板上に薄膜を形成する。また、本発明は、マイクロ波を照射し、前記基板上に薄膜を成膜するための処理を制御するシステムを提供する。また、本発明は、基板上で一様な厚さおよび特性の膜を得るための、または、被制御の（controlled）非一様性を基板にもたらすための処理を提供する。また、本発明は、連続的なバッチ処理により一連の基板上に成膜する装置および方法を提供する。

［図面の簡単な説明］
図１（ａ）は、本発明に係る装置の概略断面図であり、アプリケータからの基板カートリッジチャンバの物理的な分離を示す。

図１（ｂ）は、基板カートリッジチャンバのマイクロ波透過性蓋の概略上面図である。

図１（ｃ）は、基板カートリッジチャンバの概略断面図であり、基板上に成膜する膜を示す。

図１（ｄ）は、基板を有する基板カートリッジの概略分解断面図である。

図２は、アプリケータ内部に基板カートリッジチャンバのある構成を示す概略断面図である。

図３（ａ）は、それぞれマイクロ波発生ユニットを有する、アプリケータ内の複数のポートの一配置構成を示す概略断面図である。

図３（ｂ）は、それぞれマイクロ波発生ユニットを有する、アプリケータ内の複数のポートの例示的な配置構成を示す概略断面図である。

図３（ｃ）は、それぞれマイクロ波発生ユニットを有する、アプリケータ内の複数のポートの配置構成を示す概略上面図である。

図４は、装置の概略断面図であり、アプリケータ内の雰囲気条件を制御するための手段を示す。

図５は、装置の概略断面図であり、基板上に成膜した膜の厚さをその場で特性評価および測定するための送受信機アセンブリの配置構成を示す。

図６は、装置の概略断面図であり、マイクロ波吸収性材料でコーティングされた基板カートリッジチャンバの複数の壁を示す。

図７は、装置の概略断面図であり、基板カートリッジの垂直移動を示す。

図８（ａ‐ｂ）は、装置の概略断面図であり、基板カートリッジを垂直移動およびパルス状垂直移動（ｚ軸移動）させるための構成を示す。

図８（ｃ）は、装置の概略断面図であり、基板がマイクロ波透過性容器内の液体と表面が接触した状態にある構成を示す。

図８（ｄ）は、装置の概略断面図であり、基板カートリッジを回転移動させるための構成を有する。

図８（ｅ）は、噛み合い構成の概略断面図であり、着脱可能な蓋の回転を示す。

図９は、装置のカートリッジの概略断面図であり、マイクロ波透過性容器内の液柱高さの変化に関する構成、すなわちｚ軸移動を示す。

図１０は、装置のカートリッジの概略断面図であり、基板が勾配を有する構成を示す。

図１１は、装置のカートリッジの概略断面図であり、基板の両面コーティングのための構成を示す。

図１２（ａ）は、装置のカートリッジの概略断面図であり、導電金属層を有する蓋を示す。

図１２（ｂ）は、装置のカートリッジの概略断面図および上面図であり、パターン形成された導電金属層を示す。

図１３（ａ）は、装置の概略断面図であり、導電金属層がアプリケータのマイクロ波透過性窓上にある構成を示す。

図１３（ｂ）は、アプリケータのマイクロ波透過性窓上に配置された導電金属層の概略上面図である。

図１４は、装置の概略断面図であり、マイクロ波透過性容器がマイクロ波透過性窓を有しない構成を示す。

図１５は、基板のバッチ処理装置を示す概略断面図である。

図１６は、基板上に薄膜およびコーティングを堆積させるための、本発明に係る装置を用いた広範なシステムアーキテクチャである。

図１７は、本発明に係るシステムの気体注入手段を示す概略図である。

図１８は、本発明に係るシステムの真空制御手段を示す概略図である。

図１９（ａ～ｅ）は、少なくとも１つの基板上に成膜するための処理工程を示すフローチャートである。

図２０は、Ｓｉ／ＢＰＳＧ基板上における厚く一様な亜鉛フェライト膜の断面ＳＥＭ像である。

図２１は、シリコン基板上における厚いが一様ではないニッケルフェライト膜の断面ＳＥＭ像である。

図２２は、Ｓｉ／ＢＰＳＧ基板上における厚く一様なマンガン－亜鉛フェライトの断面ＳＥＭ像である。

図２３は、シリコン基板から掻き出した亜鉛フェライト膜の小片の断面ＳＥＭ像であり、基板との接触状態にあった上記膜の表面を示す。

図２４は、シリコン基板上に成膜した（ａ）亜鉛フェライトおよび（ｂ）ニッケルフェライトの滑らかで一様な膜の２つの断面ＳＥＭ像である。

図２５は、厚さに勾配のある亜鉛フェライト膜が成膜したシリコン基板の一片の写真である。

図２６は、２工程（段階）の成膜処理による、シリコン基板上における亜鉛フェライトの厚い２層の膜のＳＥＭ像である。第１の工程の終了時に反応液を補充した後、続けて成膜が行われる。

図２７は、ニッケルフェライト膜を前面と同時に成膜したシリコン基板の後面のＳＥＭ像の上面図である。

図２８は、厚さ２μｍのポリアミド層上に選択的に成膜した亜鉛フェライト膜のＳＥＭ像の上面図であり、パターン形成されたＡｌ金属層がポリアミド層の下に位置している。フェライト膜がＡｌ金属パターンに従って成膜したことを示す。

［発明を実施するための形態］
以下、本発明の好ましい実施について、図面を用いて詳細に説明する。なお、本発明は、以下の複数の実施形態において説明される装置、システムおよび処理工程の具体的な構成に限定されるものではなく、同じ技術的努力による構成および工程をさらに含むものであるものと理解されたい。

図１（ａ）は、本発明の一実施形態による装置１００の一構成を示す。

図１（ａ）に示すように、装置１００は、基板１０４上に薄膜およびコーティングを堆積させるように構成されている。

アプリケータ１０１は、第１のチャンバとして働く。アプリケータ１０１は、マイクロ波反射性、導電性および非磁性等の特性を示し得る適切な材料から作製されている。本発明では、有利には、ステンレス鋼、アルミニウム等の材料が、アプリケータ１０１を形成するために使用される。この例示的な実施形態では、装置１００は、断面が長方形であるように示されているが、これは非限定的な要素であり、その他の適切な形状を、適宜、使用するために適合させることができる。複数のポート１０３の配列は、アプリケータ１０１の基部上に形成され、複数のＭＧＵ（図１（ａ）には図示せず）に接続されており、その結果、アプリケータ１０１内にマイクロ波エネルギーを受け取る。複数のポートは、その各々が１つのＭＧＵに接続されており、複数のＭＧＵからのマイクロ波エネルギーをアプリケータ１０１内へと導くように、選択された位置に配置されている。このようにして、アプリケータ１０１によって受け取られたマイクロ波エネルギーは、当該複数のＭＧＵから基板カートリッジチャンバ（substrate cartridge chamber：ＳＣＣ）に向かって、上方へと伝えられ、伝播する。窓１０９がマイクロ波透過性を有するので、当該窓１０９に入射する全てのマイクロ波エネルギーは、ＳＣＣ内へと伝えられる。そのため、当該ＳＣＣ内にマイクロ波場が作り上げられる。以下に説明する方法によって、この場の強さおよび一様性は、所望のとおり「調整」される。

基準平面１１１または基準軸は、装置１００の「底」を形成する水平（横方向）面である。複数のＭＧＵは平面１１１に対して、所望の垂直オフセット（ずれ）にて配置される。その結果、ＳＣＣにおける所望のマイクロ波場の強さおよび一様性が得られる。

マイクロ波透過性窓１０９は、アプリケータ１０１の上部に配置されている。図１（ａ）に示すように、マイクロ波透過性窓１０９が、適切なシールを介してアプリケータ１０１の上部に接続されるように、マイクロ波透過性窓１０９の周縁部は、アプリケータ１０１の上部の周縁部に、適切に接続または融合されている。当該適切なシールによって、アプリケータおよび／またはＳＣＣ内を、大気圧未満の圧力または大気圧を超える圧力に維持することができる。かかるシールは、当技術分野で周知のように、適切な形状のガスケットであってもよい。マイクロ波透過性窓１０９は、マイクロ波、赤外（ＩＲ）波、紫外（ＵＶ）波および可視光が透過できるように構成されている。このため、基板上の膜またはコーティングの厚さを、その形成過程の間、監視することができる。この例示的な実施形態では、マイクロ波透過性窓１０９に使用する、好ましい材料は、溶融石英である。また、マイクロ波透過性窓１０９は、ポリテトラフルオロエチレン（polytetrafluoroethylene：ＰＴＦＥ）またはサファイア（単結晶酸化アルミニウム）またはホウケイ酸ガラス／パイレックスガラス等の材料から作製することもできる。マイクロ波エネルギーを受け取り伝播させるために、マイクロ波透過性窓１０９および複数のポート１０３の配列とともにアプリケータ１０１は、シールされた単一のユニットを形成している。以下に記載するように、アプリケータ１０１はまた、大気圧未満または大気圧を超える所望の圧力条件を維持するように構成されている。

複数のポート１０３の配列とマイクロ波透過性窓１０９との間の距離は、図１（ａ）において、「ｄ」と示されている。距離「ｄ」は、一定か可変かのいずれかである。ＳＣＣにおけるマイクロ波場の強さは、「ｄ」に依存する。図３（ｂ）に示すように、場の強さおよび一様性は、「ｄ」に依存するだけでなく、平面１１１に対する複数のポート１０３の配列の垂直変位にも依存する。また、図３（ｃ）に概略的に示すように、それらは、当該複数のポートの水平射影における相対的配置にも依存する。液柱１０７および基板表面１０４ａにおいてマイクロ波場の所望の強さおよび一様性が得られるように、電磁気理論に基づく計算を通じて、これらの配置が決定される。言い換えれば、複数のポート１０３の配列内の間隔を変更することにより、また、一方のポートを他方のポートに対して、垂直方向にオフセットした位置に配置することにより、複数のポート１０３の配列から発するマイクロ波を同相（in-phase）または異相（out-of-phase）、あるいはその中間とすることができる。その結果、必要に応じて、複数のマイクロ波を適宜組み合わせることができる。このように、距離「ｄ」は、場の一様性および場の強さ（強度）の要件と密接に結びついている。

図１（ａ）に示すように、着脱可能なカバー１１０ａを有する基板カートリッジチャンバ１１０は、アプリケータ１０１上に取り付けられている。着脱可能なカバー１１０ａは、内部の雰囲気を大気圧以下に維持するように、ガスケット構成等の適切なシールを介して、基板カートリッジチャンバ１１０に接続されている。

基板カートリッジチャンバ１１０は、当該基板カートリッジチャンバ１１０がアプリケータ１０１から物理的に分離可能であるように、アプリケータ１０１上に取り付けられている。基板カートリッジチャンバ１１０は、ガスケットとともにアプリケータ１０１上に取り付けられており、その結果、基板カートリッジチャンバ１１０内を、大気圧未満の圧力または大気圧を超える圧力に維持することができる。

基板カートリッジチャンバ１１０は、底部の一部がマイクロ波透過性窓１０９に露出するように、アプリケータ１０１上に取り付けられている。言い換えれば、マイクロ波透過性窓１０９は、アプリケータ１０１の上部の縁部と、基板カートリッジチャンバ１１０の底部の縁部とに、固定されている。基板カートリッジチャンバ１１０は、アプリケータ１０１の上部に接続され、アプリケータ１０１から物理的に分離している。マイクロ波は、マイクロ波透過性窓１０９を通して、基板カートリッジチャンバ１１０内へと達することができる。マイクロ波透過性窓１０９の近くにおける、装置１００の垂直Ｚ軸１１２に対して垂直な（Ｘ－Ｙ）平面内において、発生するマイクロ波場が可能な限り一様であるような構成で、（１または複数の）ＭＧＵ１０３ａは、複数のポート１０３の配列を介して、当該装置１００に接続されている。ＭＧＵの個数、ＭＧＵのパワーおよびＭＧＵの（ＸＹＺ）座標の関数として、マイクロ波場をモデル化することによって、これが実現される。アプリケータ１０１内部のＸ－Ｙ平面における一様なマイクロ波場の描像は、基板カートリッジチャンバ１１０内へと、前方に伝えられる。アプリケータ１０１からマイクロ波透過性窓１０９を通り基板カートリッジチャンバ１１０内へとマイクロ波場が透過する度合いの高さが、基板カートリッジチャンバ１１０内部に強いマイクロ波場が存在することを可能にする。

このように、上述の組立て構成では、基板カートリッジチャンバ１１０は、アプリケータ１０１の上部に接続され、アプリケータ１０１から物理的に分離している。かかる物理的分離によって、基板カートリッジチャンバ１１０内に、所望の気体雰囲気を維持することができる。気体雰囲気の維持は、カートリッジ内の液体中で化学反応が起こるために必要であり得る。さらに、基板カートリッジチャンバ１１０内を清浄な状態にすることもまた可能となる。当該清浄な状態は、例えば集積回路の製造の一部として薄膜を成膜するのに必要となる。

基板カートリッジチャンバ１１０は、マイクロ波反射性、導電性および非磁性等の特性を示し得る適切な材料から作製されている。本発明では、有利には、ステンレス鋼、アルミニウム等の材料が、基板カートリッジチャンバ１１０を形成するために使用される。基板カートリッジチャンバ１１０の形状および大きさは、とりわけ基板の大きさを考慮して、適宜、選択される。

マイクロ波透過性容器１０５ｂは、皿状のものとして例示的に図示されているが、中空容器であることが有利である。当該マイクロ波透過性容器は、マイクロ波をその表面に透過させ、かつ、２．４５ＧＨｚまたは９１５ＭＨｚの振動数のマイクロ波エネルギーをその表面で反射しないような、（１種類または複数種類の）材料から作製される。また、成膜を行うために洗浄して繰り返し使用できるように、機械的に剛性かつ堅牢（ロバスト）である必要がある。また、それが保持する液体（溶液）によって、および液体がマイクロ波によって照射されるときに生じる化学反応によって影響されないように、化学的に不活性である必要がある。

マイクロ波透過性容器１０５ｂは、化学前駆体を含む液体１０７を貯留するように設けられる。本発明に使用される化学前駆体は、例えば、金属β‐ジケトナトおよびその付加物、金属アルコキシドならびに金属アセテートである。ここで、その他の適切な金属ベースの前駆体を使用することもできることを理解されたい。アルコール、水等の誘電性溶媒に溶解できるような化学前駆体が選択される。金属β‐ジケトナトおよびその付加物の場合のように、もし化学前駆体がその分子構造中に直接的な金属‐酸素結合を含有するようなものであるならば、有利ではあるだろうが、このことは必須ではない。かかる直接的な金属‐酸素結合は、酸化物およびそれらの薄膜の形成を促進する。

液体１０７は、マイクロ波透過性窓１０９を通り伝播するマイクロ波エネルギーにより照射されるように構成されている。その結果、化学前駆体は、マイクロ波照射反応を受ける。

図１（ａ）に示すように、着脱可能な蓋１０５ａは、その周端部によって、マイクロ波透過性容器１０５ｂの上部に接続されている。この蓋は、溶融石英、ＰＴＦＥ、ホウケイ酸ガラス、または、２．４５ＧＨｚもしくは９１５ＭＨｚの振動数のマイクロ波照射に対する吸収性が非常に低いかもしくは当該照射を反射するその他の任意の材料等の、マイクロ波透過性材料から作製される。

ステム１０６は、基準軸１１１に対して垂直な向きで、着脱可能な蓋１０５ａに接続されている。このため、着脱可能な蓋１０５ａの、マイクロ波透過性容器１０５ｂ上への配置、および、マイクロ波透過性容器１０５ｂからの取り外しが補助される。当該ステムは、溶融石英等の、機械的に剛性で強くかつマイクロ波透過性を有する材料で作られている。着脱可能な蓋１０５ａは、マイクロ波透過性容器１０５ｂを液体１０７で満たすために使用される。ドレンポンプ等の適切な排出手段を、利用に適するように適合させ、マイクロ波透過性容器１０５ｂから液体１０７を排出することができる。

基板１０４は、下向き構成において、着脱可能な蓋１０５ａの下部に、堅固に接続されている。「下向き」構成とは、膜でコーティングされる基板の表面は、下を向いており、液体に「曝され」、当該液体と接触する一方、他方の表面は、当該液体と接触しないように、基板ホルダに取り付けられていることを意味する。したがって、マイクロ波照射下では、基板の「下向き」部分のみが、液体中で起こる化学反応のため、膜でコーティングされる。

この例示的な実施形態では、基板１０４は、真空吸引により、ホルダに接着している。基板１０４を基板ホルダ部にしっかりと取り付けるために適したその他の手段を、適宜使用することができる。例えば、蓋１０５ａの下部に基板を保持するために、公知技術による真空チャネルを、ステム１０６を介して蓋１０５ａ内に組み込むことができ、装置外部の吸引ポンプに接続することができる。真空チャネルがない場合、液体１０７が基板の後面１０４ｂに到達できないように基板１０４を隙間なく保持するよう、機械的支持体を構成することができる。

基板は、平坦な表面を有することが好ましく、基板ホルダよりも小さい限り、任意の形状および大きさであってもよい。基板は、例えば、円形、長方形または正方形であってもよい。

この構成では、基板１０４は、図１（ａ）に示すように、マイクロ波透過性窓１０９の真上に配置され、マイクロ波透過性窓１０９を透過するマイクロ波に曝されている。本発明の基板は、半導体または絶縁体であることが好ましい。半導体または絶縁体上に薄膜金属パターンを有する当該半導体または絶縁体を使用することもまた、本発明の範囲に含まれる。基板は、例えば、ＳｉおよびＧｅ等のＩＶ族半導体、ＧａＡｓ、リン化インジウム（ＩｎＰ）およびＧａＮ等のＩＩＩ‐Ｖ半導体、ＣｄＴｅおよびＺｎＯ等のＩＩ‐ＶＩ半導体、炭化ケイ素（ＳｉＣ）、ポリマー、酸化アルミニウム、ガラス、Ｇａ_２Ｏ_３、ＭｇＯ、ダイアモンドならびに溶融石英のウェハ、または、薄い金属コーティングを有する上記材料のウェハから選択される。

（基板上に成膜することのできる）基板の大きさは、数ミリメートル（ｍｍ）の大きさから、基板カートリッジチャンバ１１０内の一様なマイクロ波場の大きさとほぼ同じ大きさまでの全範囲をとることができる。当該基板カートリッジチャンバ１１０内の一様なマイクロ波場の大きさは、マイクロ波透過性窓１０９の大きさ、および複数のポート１０３の配列の構成により、決定される。ＭＧＵの総数に固有の制限がないため、複数のポート１０９の配列に固有の制限はない。しかしながら、半導体装置製造のための薄膜の成膜という文脈では、基板の大きさ（面積）は、好ましくは、６００ｃｍ^２であり得る。それゆえ、任意のより小さな大きさの基板もまた、本発明に係る装置と併せて使用するのに適しているだろう。このように、本発明に係る装置を用いる成膜のための基板（１０４）の大きさは、１～２０００ｃｍ^２あることが好ましい。

マイクロ波透過性容器１０５ｂ、着脱可能な蓋１０５ａおよびステム１０６のアセンブリは、カートリッジ１０５を構成する。ステム１０６を含むカートリッジアセンブリ１０５は、溶融石英等の、マイクロ波透過性を有し、剛性で、かつ加工可能な材料で作製される。カートリッジアセンブリ１０５のさまざまな構成要素は、厚さ等の寸法を有する。当該さまざまな構成要素として、機械的に堅牢で、化学的に不活性であり、かつ酸を含む適切な溶剤による洗浄に適したものが選択される。

基板カートリッジ１０５は、基板カートリッジチャンバ１１０内部、かつ、マイクロ波透過性容器１０５ｂ上に配置されている。

図１（ｂ）に示すように、着脱可能な蓋１０５ａには、複数のベント１０８が設けられている。図１（ｂ）に示すように、複数のベントは、基板ホルダのリム内の円に沿って形成された、適切な大きさの穴である。仮に、マイクロ波を照射したときに液体の蒸気が発生した場合、複数のベント１０８は、成膜処理の一部として、それを除去する役割を果たす。いかなるベントもない着脱可能な蓋１０５ａを使用することもまた、本発明の範囲に含まれる。マイクロ波照射中に発生する蒸気を放出する目的のために、複数のベント１０８を用いることができる。別の態様では、成膜処理の間、および／または、成膜処理の中間段階において、マイクロ波透過性容器１０５ｂ内に新鮮な液体１０７を供給するように、複数のベント１０８を転用することができる。別の態様では、成膜処理の完了後に、反応済みの液体を排出するために、複数のベント１０８を転用することができる。別の態様では、成膜処理の後にマイクロ波透過性容器を洗浄および乾燥するための液体洗浄溶液を供給するために、複数のベント１０８を使用することができる。

カートリッジ１０５を組み立てた状態の図は、図１（ｃ）に示す通りである。この組み立て図では、基板１０４の下向き部分上に成膜した、選択された化学前駆体の反応生成物の膜１１９が、図示されている。図１（ｃ）において、「ｔ」は、基板の厚さを示し、「ｈ」は、基板表面／膜表面の下における、液柱の高さである。膜１１９の厚さは、明確にするために誇張して示されているが、マイクロメートルのオーダーであること、そして、「ｈ」は、ミリメートルのオーダーであることに、留意されたい。

図１（ｄ）には、基板１０４の表面１０４（ａ）および表面１０４（ｂ）を示すために、カートリッジ１０５の分解図が示されている。表面１０４（ａ）は、膜１１９の成膜に使用される、下向き表面であり、一方、表面１０４（ｂ）は、基板ホルダとして働く着脱可能な蓋１０５（ａ）の下部に、基板を取り付けるために使用される。典型的には、マイクロ波照射補助化学反応により成膜する膜が基板１０４にしっかりと付着するように、表面１０４（ａ）を溶剤で洗浄する工程を含むプロトコルを通じて、当該表面１０４（ａ）が作成される。

図１（ｄ）に示すように、着脱可能な蓋１０５ａは、対応する溝１０５ａ１にリベット１０５ｂ１を係合することによって、当該リベット１０５ｂ１を介して、マイクロ波透過性容器１０５（ｂ）に接続されている。これにより、カートリッジアセンブリがステム１０６の垂直（縦）軸の周りを回転するときでさえ、容器１０５（ｂ）上にしっかりと蓋が載っていることが可能となる。

本発明の別の例示的な実施形態では、図２に示すように、カートリッジ１０５は、アプリケータ１０１内に配置されている。この構成では、反応液および基板は、ＭＧＵに対して、より近くにあるだろう。したがって、所与のＭＧＵパワーに対して、マイクロ波場は、カートリッジが基板カートリッジチャンバ１１０内にある場合よりも、液体および基板において、より強いものとなるだろう。（ハロゲン化物等の無機塩が化学前駆体として使用される場合のように）基板上に成膜する化学反応に対してより強いマイクロ波場が必要である場合に、この構成は適しているだろう。また、所望の成膜のために「清浄さの条件」が必要とされる場合にも、この構成は適しているだろう。

図３（ａ）に示すように、ＭＧＵアセンブリ１０３ａの構成は、導波管１０３ｂを介して、複数のポート１０３の配列に接続されている。装置１００の垂直（Ｚ軸）１１２に対して垂直な（Ｘ－Ｙ）平面内において、発生するマイクロ波場が可能な限り一様であるような構成となるように、（１または複数の）ＭＧＵは、アプリケータ１０１に接続されている。ＭＧＵの個数、ＭＧＵのパワーおよびＭＧＵの（ＸＹＺ）座標の関数として、マイクロ波場をモデル化することによって、このことが実現される。アプリケータ１０１内部のＸ－Ｙ平面における一様なマイクロ波場の描像は、基板カートリッジチャンバ１１０内へと、前方に伝えられる。アプリケータ１０１からマイクロ波透過性窓１０９を通り基板カートリッジチャンバ１１０内へとマイクロ波場が透過する度合いの高さが、基板カートリッジチャンバ１１０内部に強いマイクロ波場が存在することを可能にする。

図３（ｂ）および図３（ｃ）は、複数のポートの種々の構成を示す。当該複数のポートを通じて、マイクロ波放射はアプリケータに入り、次いで、（マイクロ波透過性窓１０９を通して）ＳＣＣに入る。上述のように、これらの構成は、電磁気理論に基づく計算を通じて、液柱１０７および基板表面１０４ａにおいてマイクロ波場の所望の強さおよび一様性が得られるように決定される。

本発明のさらに別の態様では、図４に示すように、気体注入口１１５は、基板カートリッジチャンバ１１０内に大気圧未満の圧力を作り出し制御するための導管１１６とともに、基板カートリッジチャンバ１１０に設けられている。気体注入口１１５は、基板１０４上に所望の膜を成膜させる化学反応を補助するのに必要となる適切な気体により、基板カートリッジチャンバ１１０を満たすために使用される。また、必要に応じて、適切な気体を使用して、基板カートリッジチャンバ１１０の壁およびカートリッジ１０５の表面を清浄にしてもよい。導管１１６は、所望の圧力条件を達成するため、基板カートリッジチャンバ１１０を排気するために使用される。同様に、気体注入口１１３が、真空を制御するための導管１１４とともに、アプリケータ１０１に設けられている。気体はマイクロ波を吸収するのだが、この構成では、雰囲気の制御が確立されており、当該雰囲気の制御には、アプリケータ１０１を所望の低圧まで排気することが含まれている。そのため、マイクロ波場の強さ（強度）を適宜、制御することが可能である。気体入口と気体注入システムとの組み合わせにより、所望の気体をアプリケータ１０１に注入することが可能である。真空システム１１５との組み合わせにより、マイクロ波空洞１０１内における雰囲気の圧力は、所望に応じて制御されてもよい。さらに、真空システムを作動させないことによって、マイクロ波空洞１０１内の雰囲気の圧力を、大気圧以上に維持することができる。

また、本発明のアプリケータ１０１には、マイクロ波透過性容器１０５ｂの液体の諸特性および基板１０４上の膜の成長または膜の厚さを監視するためのプローブ１２０が設けられている。図６に示すように、プローブ１２０は、アプリケータ１０１内、および、基板チャンバ１１０内に配置されている。この構成では、（１または複数の）膜の成長が、成膜中および成膜完了後に、測定および監視される。この構成では、プローブ２２０は、赤外線（ＩＲ）装置、紫外線（ＵＶ）装置、可視光（Ｖ）装置および超音波装置から選択される送受信機アセンブリであり、光のビームは、成長する膜１１９に入射するように形成される。当該ビームは、膜１０４ａの表面および基板１０４の表面の両方により、反射する。これら２つのビーム間の干渉が、膜１１９の厚さの決定を容易にする。

図６に示すように、基板カートリッジチャンバ１１０の壁１２１の上部および側部は、マイクロ波吸収性材料により、コーティングしてもよい。好ましいマイクロ波吸収性材料には、炭化ケイ素（ＳｉＣ）またはストロンチウムヘキサフェライト（ＳｒＦｅ_１２Ｏ_１９）が含まれる。かかるコーティングを採用する場合には、図３（ｂ）および図３（ｃ）に示す構成とともにかかるコーティングが作用することで、ＳＣＣ１１０内における所望の位置において、所望のマイクロ波場の強さおよび一様性が実現される。

さて、成膜に最適な状態を実現するための、本発明に係る装置１００の基板カートリッジ１０５の移動に関する好ましい実施形態を説明する。図７に示すように、デュアルモーションアクチュエータ１２３がステム１０６に接続され、基板カートリッジ１０５の配置および移動に対する制御が行われる。基板カートリッジ１０５は、ｚ軸１１２に沿って移動し（すなわち、垂直（縦）移動し）、ｚ軸１１２の周りを回転するように、作動される。デュアルモーションアクチュエータ１２３には、ロータリアクチュエータとリニアアクチュエータとを組み合わせた構成が含まれており、これにより、独立した直線移動および回転移動が提供される。デュアルモーションアクチュエータ１２３は、機械式装置、電気機械式装置、液圧式装置または空圧式装置であってもよい。

デュアルモーションアクチュエータ１２３の接続によって、基板カートリッジ１０５の制御されたパルス状垂直移動が可能となる。ｚ軸に沿ったこのようなパルス状移動により、制御状態において、基板１０４が液体１０７に曝され、その結果、所望の成膜が実現される。

デュアルモーションアクチュエータ１２３がステム１０６を介して基板カートリッジ１０５へ接続されることにより、制御された、パルス状の並進移動および回転移動の形式による、基板カートリッジ１０５の移動が可能となる。Ｚ軸の周りのかかる移動により、基板カートリッジ１０５の回転が可能になり、その結果、特に、直径１インチ（１”）のウェハよりも大きな基板上に成膜するときに、膜の厚さおよび膜の組成をより一様にすることが確実になる。マイクロ波照射中における基板カートリッジ１０５の並進移動および回転移動の組み合わせによって、動的手段、すなわち、プローブから得られる厚さおよび組成に関するフィードバックに基づいて成膜処理中にリアルタイムで行われるステッパモータ様の制御が提供される。その結果、一様な膜を得るのに適した成膜の条件が均一化される。

基板１０４の回転の速さは、好ましくは１～１００ｒｐｍである。当該基板１０４の回転の速さは、ステム１０６に接続されたギアアセンブリ等の適切な駆動構成により、達成される。

図８（ａ）に示すように、基板１０４を有する基板カートリッジ１０５は、マイクロ波透過性容器１０５ｂの液体１０７内に浸漬される。基板の下向き表面を液体１０７と接触状態にあるように置くこの配置は、基板表面１０４ａ上への所望の成膜における準備工程である。

図８（ａ）に示すように、基板カートリッジ１０５は、浸漬によって、液体１０７と接触状態にある。基板カートリッジ１０５内に入れられる液体１０７の量と、基板１０４を液体１０７内に浸漬する程度とは、適宜選択することができる。言い換えれば、基板１０４の下側表面の下にある液体１０７の高さ「ｈ」は、適宜選択される。

図８（ｂ）に示すように、マイクロ波透過性容器１０５ｂから基板カートリッジ１０５を持ち上げるために、デュアルモーションアクチュエータ１２３のパルス状垂直移動が、基板カートリッジチャンバ１１０の外部から、カートリッジステム１０６を介して行われる。図８（ｂ）から、着脱可能な蓋（１０５ａ）は、基板カートリッジ１０５とともに、マイクロ波透過性容器１０５ｂから取り外されることが分かる。

本発明のさらに別の態様では、図８（ｃ）に示すような装置１００は、基板１０４が液体１０７内に浸漬しないことが確実となるように、基板の前面１０４ａのみを液体１０７と接触させるための、基板カートリッジ１０５の制御された垂直方向の変位または移動のための構成を示す。このような液体すれすれの基板１０４の配置により、基板１０４の側部（リム）上に膜が成膜することが防止されるだけでなく、基板の後面１０４ｂ、すなわちステム１０６により近い方の表面上に膜が成膜することも防止される。なお、図８（ｃ）において、「ｔ」は、基板の厚さ、「ｈ」は、基板表面／膜表面の下にある液柱の高さを示す。

基板カートリッジ１０５のこの構造的構成には、Ｚ軸１１２の周りの基板カートリッジ１０５の回転を実現する能力が含まれている。マイクロ波補助処理中にｚ軸周りに回転可能であるため、基板１０４の全域において成膜する膜の特性および厚さを、より一様にすることができる。液柱１０７に対する基板の回転により、液柱１０７の全域および基板の下向き表面１０４ｂの全域において、マイクロ波場の任意の非一様性が埋め合わせられる。こうして、液柱１０７の全域における化学反応の非一様性により生じ得るであろう、基板の全域における成膜する膜の特性および厚さの非一様性が、最小限に抑えられる。

図８（ｅ）は、基板カートリッジ１０５を回転させるための例示的な実施形態を示す。図８（ｅ）に示すような構造的要素によって、基板カートリッジ１０５をｚ軸の周りに回転させることができる。しかしながら、図８（ｅ）に示す代替手段を組み込むことによって、上半分１０５ａおよび下半分１０５ｂを、別々に回転させることもできる。

本発明の別の態様では、図９ａおよび図９ｂに示すように、基板１０４上の膜１１９の厚さ「ｔ」は、着脱可能な蓋１０５ａの厚さ「Ｈ１」および「Ｈ２」、ならびに、マイクロ波透過性容器１０５ｂの底面と基板１０４の前面１０４ａとの間の距離「ｈ１」および「ｈ２」を考慮することによって、事前決定される。膜の厚さのこの事前決定は、所与の「ｔ」、すなわち基板の厚さに対する、正確に反復可能な距離（Ｈ１、ｈ１）および（Ｈ２、ｈ２）によるものである。所与の（Ｈ１、ｈ１）に対して、１０７内のマイクロ波電界強度、および、１０４ｂにおけるマイクロ波電界強度が正確に定められる。これにより、特定の厚さの成膜を生ずる化学反応が引き起こされる。このプロセスを繰り返すことで、所与の（Ｈ１、ｈ１）に対して、毎回、同じ厚さの膜を成膜することができる。所与の（Ｈ２、ｈ２）に対しても同様である。こうして、同じ所望の特性および厚さを有する膜を、各「処理実行（process run）」中に、得ることができる。

このように、本発明に係る装置１００では、基板カートリッジ１０５の垂直移動を変化させることなく、マイクロ波透過性容器１０５ｂ内の液体１０７の高さを変化させることができる。図９ａに示すように、着脱可能な蓋１０５ａの厚さ「Ｈ１」は、適宜、変更することができる。マイクロ波が通過しなければならない液体１０７の厚さが、基板表面（下向きの表面）におけるマイクロ波の強さ（強度）を決定することに留意されたい。そのため、基板カートリッジ１０５内の液柱「ｈ１」の垂直高さは、ＭＡＳ処理における、重要なパラメータである。この高さは、基板カートリッジ１０５の垂直移動を通じて、制御することもできる。

さて、勾配を有する膜１１９を得るための基板カートリッジ１０５の構造的特徴を、図１０を参照して説明する。この配置構成では、基板１０４は、基準平面１１１に対して水平な面に関して、所望の角度（θ）にて傾斜している。この配置構成によって、マイクロ波が通過する液体１０７の垂直高さを、基板１０４上の異なる点において異なるようにすることが可能になる。この結果、基板１０４上に成膜する膜に、勾配が存在するようになる。膜の厚さ「ｔ」もしくは膜の組成に、またはこれらの両方に、この勾配が存在してもよい。基板全域における膜の厚さの勾配は、液体１０７内のマイクロ波場の強さにおける勾配から生じる。当該液体１０７内のマイクロ波場の強さの勾配は、基板表面１０４ａ上の所与の点における液柱の高さに依存する。膜の組成の勾配は、当該基板表面の全域におけるマイクロ波場の勾配ゆえに生じる。このような勾配は、成膜および膜の組成をもたらす化学反応に影響を及ぼす。あるいは、傾斜した基板１０４がｚ軸の周りを回転する場合には、基準軸１１１に対して傾斜が小さい（傾斜が数度である）とき、膜内により高い均質性が実現され得る。基板カートリッジ１０５の傾斜の小ささと回転とによって、もしそれらがなければ生じ得るであろう膜の特性の非一様性が、埋め合わせられる。上記の非一様性は、基板表面の全域におけるマイクロ波場の強さの微小な非一様性によって生じる。このため、基板カートリッジ１０５の傾斜の小ささと回転とによって、もしそれらがなければ生じ得るであろう膜の特性の非一様性を、埋め合わせることができる。

さらに、本発明に係るカートリッジ構成により、マイクロ波により照射されたときの液体１０７中の核生成の密度に、所望の勾配がもたらされる。これは、窓１０９に最も近い１０７の層が、１０４ａと接触状態にある１０７の層よりも強いマイクロ波場を受けるからである。したがって、温度および核生成の密度の勾配が１０７内で生じ、温度と核生成の密度との両方が、１０４ｂにおいてより低いものとなる。核生成の密度におけるこの勾配は、１０４ｂの方への核の拡散に有利であり、これはまさに、１０４ｂ上への所望の成膜に有利である。

本発明のさらに別の態様では、図１１に示すように、着脱可能な蓋１０５ａは、基板１０４の両面への成膜を容易にするように変更される。変更した着脱可能な蓋１０５ａ３には、内側突起１０５ａ４が含まれる。この突起１０５ａ４により、基板１０４を固定するための固定空間が提供される。言い換えれば、基板１０４を固定するための２つの異なる高さが、着脱可能な蓋１０５ａの内側部分に設けられている。これにより、表面１０４ａおよび表面１０４ｂを有する基板１０４が液体１０７内に浸漬するとき、基板１０４の表面１０４ａと表面１０４ｂとの両方が、液体１０７によって取り囲まれる。マイクロ波を照射すると、マイクロ波補助（ＭＡＳ）処理が起こり、その結果、基板１０４の表面１０４ａ上と表面１０４ｂ上との両方に、膜が堆積する。しかしながら、マイクロ波場の強さが基板の２つの面で異なる可能性が高いので、膜の厚さは、表面１０４ａおよび表面１０４ｂ上で、異なるものであり得る。基板の表面１０４ａおよび表面１０４ｂの両方における膜の厚さが同じであることが望ましい場合、定められた条件下で、図１１（ｂ）に示すように基板を配置して、成膜を行う。この成膜の後、基板が取り外され、逆さまにされて、図１１（ｂ）の構成で配置される。そして、上で定められたのと同じ条件下で、成膜を行う。この２つの成膜を合わせることで、所与の基板の両面に、同じ厚さの膜が与えられる。

また、同時成膜のために２つ以上の基板を保持するため、より多くの固定空間を構築することも、本発明の範囲に含まれる。基板が薄くかつマイクロ波に対して透明性を有する場合には、その両面に同時かつ等しく成膜がなされ得ることに留意されたい。

また、図１２（ａ）に示すように、基板カートリッジ１０５は、基板カートリッジチャンバ１１０内を伝播するマイクロ波場を変更するように構成される。その結果、成膜処理（材料加工）は、動的にも静的にも、所望の方法で調整することができる。マイクロ波場のかかる変更および調整は、着脱可能な蓋１０５ａの底部と基板１０４とに固定される導電層１１７を有することにより達成される。例えば、導電層１１７は、１０５ｂの底部と基板の表面１０４ｂとの間に挟まれた、適切な大きさ、形状および厚さの金属シートであってよい。金属層１１７は、当該導電層（金属または金属合金から作製されることが好ましい）の幾何学的詳細および材料的詳細に依存するように、マイクロ波場を変化させる。図１２（ｂ）は、所望のパターンを有する金属層１１７の底面図を示す。図１２（ａ）および図１２（ｂ）に示す配置構成では、導電（金属）層のパターンによって引き起こされるマイクロ波場の変更によって、基板１０４の選択されたエリアにおける成膜を実現するよう、すなわち基板の選択された部分における成膜を他の部分における成膜なく実現するよう、このパターンを設計することができる。また、このパターンは、差異を有する成膜、すなわち、基板上の異なる点において異なる厚さを有する膜の成膜を実現するよう、設計することもできる。加えて、導電層１１７は、基板１０４（具体的にはマイクロ波吸収性基板）を、後面におけるマイクロ波の曝露から保護することができる。

図１３（ａ）および図１３（ｂ）は、カートリッジチャンバ１１０（成膜ゾーンまたは材料加工ゾーン）内におけるマイクロ波場の変更を実現するために使用される導電性パターンの別の例示的な実施形態を示す。この実施形態では、パターンを有する金属層１１８が、マイクロ波透過性窓１０９に対して設けられる。図１３（ｂ）は、さまざまな金属層または導電層のパターンを示す。これらのパターンは、基板１０４に入射するマイクロ波場を変更するために使用することができる。これにより、選択的に偏光したマイクロ波場と、基板１０４および液体１０７との、成膜中の相互作用が、動的な方法において可能になる。すなわち、マイクロ波場の偏光を、図１３（ｂ）に概略的に示すような金属パターンを使用することにより、変更することができる。また、複数のポート１０３の配列からマイクロ波を照射する間、金属パターンを回転させることによって、基板における場の偏光を、動的に変化させることもできる。基板１０４におけるマイクロ波場の偏光のかかる制御によって、成膜をもたらす化学反応を制御し、その結果、動的あるいは静的に成膜する膜の特性を制御する方法が提供される。アンテナ素子１１８ａと称される、入射マイクロ波場の強度を測定するために転用される金属層１１８の一実施形態。このアンテナ素子は、マイクロ波電界強度を受け取り、次いで、当該マイクロ波電界強度を必要な信号処理エレクトロニクスにより処理して、電界強度の測定値をＶ／ｍの単位で返す。

このように、選択された基板１０４上への薄膜および／またはコーティングの堆積は、本発明に係る装置１００を使用することによって行われる。複数のＭＧＵ１０３ａにより発生するマイクロ波は、複数のポート１０３の配列を通って、アプリケータ１０１に入る。次に、当該マイクロ波は、マイクロ波透過性窓１０９を透過し、基板カートリッジチャンバ１１０に入る。当該基板カートリッジチャンバ１１０内に、基板カートリッジ１０５が配置されている。基板カートリッジチャンバ１１０に入った当該マイクロ波は、液体１０７と、「下向き」構成で配置された基板１０４とを照射する。所望の化学前駆体を有する液体１０７にマイクロ波を照射すると、化学反応が起こり、基板１０４上で成膜またはコーティングを行うための所望の材料の「核」が生成する。マイクロ波が下方から、すなわちアプリケータ１０１から、基板カートリッジチャンバ１１０に入り、液体１０７を照射すると、基板１０４と接触する液体１０７の層の温度は、基板カートリッジ１０５の底部にある液体１０７の層の温度よりも、低くなる。この実装により、自然対流が促進され、その結果、化学反応において生成する核が基板表面へと運ばれ、成膜が生じる。

また、本発明に係る装置１００では、基板１０４の下に位置する液柱１０７「厚さ」を適宜、制御することができる。マイクロ波は液柱に吸収されるので、基板１０４の表面におけるマイクロ波場の強さを適宜、制御することができる。

このように、基板（１０４）上に成膜するためのマイクロ波補助装置（１００）は、アプリケータ（１０１）を備え、当該アプリケータ（１０１）は、マイクロ波透過性窓（１０９）と、当該マイクロ波透過性窓（１０９）から介在距離「ｄ」の所に配置された、複数のマイクロ波発生ユニット（１０３ａ）からマイクロ波エネルギーを受け取るための複数のポート（１０３）の配列と、を有する。着脱可能なカバー（１１０ａ）を有する基板カートリッジチャンバ（１１０）は、当該アプリケータ（１０１）上に取り付けられている。着脱可能な蓋（１０５ａ）と、当該着脱可能なカバー（１１０ａ）に接続されたステム（１０６）と、を有するマイクロ波透過性容器（１０５ｂ）を含むカートリッジ（１０５）は、当該基板カートリッジチャンバ（１１０）内に、着脱可能に配置されている。当該マイクロ波透過性容器（１０５ｂ）は、化学前駆体を有する液体（１０７）を貯留するように構成されており、当該液体（１０７）は、当該マイクロ波透過性窓（１０９）の全体を通って伝播するマイクロ波により、一様なマイクロ波電界強度で照射され、その結果、当該化学前駆体がマイクロ波補助反応を受けるように配置されている。当該基板（１０４）は、当該着脱可能な蓋（１０５ａ）に取り外し可能に接続されており、当該基板（１０４）の下向き部分は、当該基板（１０４）の表面上に、当該化学前駆体の反応生成物を膜（１１９）として堆積させるために、照射された当該液体（１０７）と接触状態にあるように構成されている。

本発明の一態様では、当該マイクロ波透過性窓（１０９）の材料は、溶融石英、ポリテトラフルオロエチレン（ＰＴＦＥ）または単結晶酸化アルミニウム（Ａｌ_２Ｏ_３）である。

本発明の別の態様では、複数のベント（１０８）は、当該着脱可能な蓋（１０５ａ）上に配置されている。

本発明のさらに別の態様では、当該カートリッジ（１０５）は、当該アプリケータ（１０１）内に配置されている。

また、本発明の別の態様では、当該配列としての当該複数のポート（１０３）は、基準平面（１１１）に対して水平かつオフセットしており、かつ、当該マイクロ波透過性窓（１０９）の中心軸（１１２）に対して対称または非対称に配置されている。

本発明のさらに別の態様では、気体注入チャネルおよび真空チャネル（１１３、１１４、１１５、１１６）は、当該アプリケータ（１０１）および基板チャンバ（１１０）にそれぞれ接続されている。

本発明のさらに別の態様では、当該マイクロ波透過性容器（１０９）内の当該液体の特性および当該基板（１０４）上の膜（１１９）の成長を監視するためのプローブ（１２０）は、当該アプリケータ（１０１）内および当該基板チャンバ（１１０）内に配置されており、当該プローブ（１２０）は、赤外線（ＩＲ）装置、紫外線（ＵＶ）装置、可視光（Ｖ）装置および超音波装置から選択された送受信機アセンブリである。

本発明のさらに別の態様では、当該基板カートリッジチャンバ（１１０）の複数の壁（１２１）の上部および側部は、マイクロ波吸収性材料、好ましくは、炭化ケイ素（ＳｉＣ）またはストロンチウムヘキサフェライト（ＳｒＦｅ_１２Ｏ_１９）でコーティングされている。

また、本発明の別の態様では、デュアルモーションアクチュエータ（１２３）は、当該カートリッジ（１０５）の当該ステム（１０６）に接続されており、当該カートリッジ（１０５）は、垂直（縦）軸（１１２）の周りを回転し、当該基準平面（１１１）に対して垂直（縦）に移動するように構成されている。

本発明のさらに別の態様では、当該着脱可能な蓋（１０５ａ）および当該マイクロ波透過性容器（１０５ｂ）は、互いに逆向きに、かつ異なって回転するよう配置されている。

また、本発明の別の態様では、当該基板（１０４）は、当該液体（１０７）内に浸漬されるように配置されている。

本発明のさらに別の態様では、当該着脱可能な蓋（１０５ａ）の厚さは、変更可能である。

また、本発明の別の態様では、当該着脱可能な蓋（１０５ａ）の底面は、勾配輪郭（１０５ａ２）を有し、当該勾配輪郭は、当該基準平面（１１１）に対して１～３０度の範囲内の角度で傾斜している。

また、本発明の別の態様では、ホルダ（１０５ａ３）は、当該着脱可能な蓋（１０５ａ）に接続されており、マイクロ波透過性材料、好ましくは、溶融石英またはポリテトラフルオロエチレン（ＰＴＦＥ）から作製されている。

本発明のさらに別の態様では、導電層（１１７）は、当該着脱可能な蓋（１０５ａ）と当該基板（１０４）との間に配置されており、当該導電層（１１７）は、連続したものであるか、またはパターン形成されたものである。

本発明のさらに別の態様では、金属層（１１８）は、当該マイクロ波透過性窓（１０９）に接続され当該アプリケータ（１０１）の内側部分に面しており、偏光子およびアンテナ（１１８ａ）として構成されている。

本発明のさらに別の態様では、当該マイクロ波透過性容器（１０５ｂ）は、当該マイクロ波透過性窓（１０９）の代わりに配置されている。

本発明のさらに別の態様では、当該基板（１０４）の材料は、金属、金属合金、半導体または絶縁体から選択されたものである。

本発明のさらに別の態様では、当該基板（１０４）の大きさは、１～２０００ｃｍ^２である。

本発明のさらに別の態様では、当該膜の平均表面粗さは、１～５０ｎｍであり、当該膜の厚さは、１０ｎｍ～１００μｍである。

本発明のさらに別の態様では、当該基板（１０４）は、１～１００ｒｐｍの速さで回転するように構成されている。

次に、図１５を参照して、複数の基板２０４上に成膜するための装置２００の好ましい実施形態について説明する。装置２００は、アプリケータ２０１を含む。アプリケータ２０１は、第１のチャンバとして働く。アプリケータ２０１は、マイクロ波反射性、導電性および非磁性等の特性を示し得る、適切な材料から作製されている。複数のポート２０３の配列は、アプリケータ２０１の基部上に形成され、複数の導波管２０３ｂによりＭＧＵアセンブリ２０３ａに接続されており、その結果、アプリケータ２０１内にマイクロ波エネルギーを受け取る。マイクロ波透過性窓２０９は、アプリケータ１０１の上部に配置されている。マイクロ波透過性窓１０９が、適切なガスケットによって提供されるような適切なシールを介して、アプリケータ２０１の上部に接続されるように、マイクロ波透過性窓２０９の周縁部は、アプリケータ２０１の上部の周縁部に、適切に接続または融合されている。マイクロ波透過性窓２０９は、赤外線（ＩＲ）波、紫外線（ＵＶ）および可視光に対し、透過性を有するように構成されている。そのため、基板上の膜またはコーティングの厚さを、その形成過程の間に、監視することができる。マイクロ波エネルギーを受け取り伝播させるために、マイクロ波透過性窓２０９、および複数のポート２０３の配列とともにアプリケータ２０１は、シールされた単一のユニットを形成している。また、アプリケータ２０１は、以下に記載されるように、大気圧未満の所望の圧力条件を維持するように構成されている。

液体の特性および膜の成長を監視するためのプローブ２２０は、アプリケータ２０１内および基板チャンバ２１０内に配置されている。当該プローブ２２０は、赤外線（ＩＲ）装置、紫外線（ＵＶ）装置、可視光（Ｖ）装置および超音波装置から選択された送受信機アセンブリである。

側部フランジを有するマイクロ波透過性容器２０５ｂが、マイクロ波透過性窓２０９の上部に配置されている。この例示的な実施形態では、マイクロ波透過性容器２０５ｂは、膜を同時成膜する複数の基板を収容するための、大きな容器である。バルブ２１６を有する液体入口２１４およびバルブ２１６を有する液体出口２１５はそれぞれ、マイクロ波透過性容器２０５ｂの上部および下部に接続されている。バルブ２１６により、必要に応じて、マイクロ波曝露中の液体の動的補充が可能となる。

着脱可能な蓋２０５ａは、マイクロ波透過性容器２０５ｂ上に取り付けられている。複数のプランジャ２１２は、着脱可能な蓋２０５ａを通じて、マイクロ波透過性容器２０５ｂの側部フランジ内へと入れるようになっている。その結果、マイクロ波透過性容器２０５ｂを、外部環境からシールすることができる。着脱可能な蓋２０５ａがマイクロ波透過性容器２０５ｂから取り外されるときはいつでも、複数のプランジャ２１２は除去される。着脱可能な蓋２０５ａの取り外しおよび配置の補助となるように、着脱可能な蓋２０５ａにステム２１３が接続されている。また、複数のプランジャ２１２は、アプリケータ２０１およびマイクロ波透過性容器２０５ｂからのマイクロ波放射の漏れがもしあれば、それを防止する。

基板チャネル２１０、２１１は、着脱可能な蓋２０５の内側部分と、マイクロ波透過性容器２０５ｂの上側部分（フランジ）との間に形成されている。基板チャネル２１０、２１１は通路であり、複数のプランジャ２１２の調節を通じて、それらの大きさを適宜調節することができる。

複数のプーリの第１のセット２０８ａが接続された着脱可能な蓋２０５の下部に、ヒンジが接続されている。図１５に示すように、複数のプーリの第２のセット２０８ｂは、マイクロ波透過性容器２０５ｂの内部に配置されている。

ループ状基板運搬装置２０８は、第１および第２のプーリ２０８ａに、移動可能に接続されている。ループ状基板運搬装置２０８は、第１および第２のプーリ２０８ａ上でループ状基板運搬装置２０８の移動が可能となるように、適切なもの（図面には示されていない）に接続されたケーブルアセンブリであることが好ましい。当該スプールは、モータアセンブリによって駆動することができる。

複数の可動ステム２０６は、ループ状基板運搬装置２０８に接続され、その結果、ループ状基板運搬装置２０８から吊るされている。図１５に示すように、複数の可動ステム２０６は、ループ状基板運搬装置２０８の移動に伴って移動し、基板チャネル２１０、２１１を通って、マイクロ波透過性容器２０５ｂに出入りする。ローディングおよびアンローディングプラットフォーム（図面には示されていない）を、ループ状基板運搬装置２０８に適切に接続して、基板２０４のローディングおよびアンローディングを容易にすることができる。

複数の基板２０４は、複数の可動ステム２０６に取り外し可能に接続されている。液体２０７と接触状態にあるか、または液体２０７内に浸漬した複数の基板２０４の表面上に、化学前駆体の反応生成物を膜として堆積させるために、当該複数の基板の下向き部分は、照射された液体２０７と接触するように配置されている。液体２０７内へのマイクロ波の透過は、長さ「ｄ」とともに変化する。複数の基板２０４を異なる深さに配置して、異なる深さで異なる厚さのコーティングを同時に得ることが可能である。マイクロ波照射の曝露中に液体２０７内の基板２０４に費やされる時間は、ループ状基板運搬装置２０８の移動の速さにより、決定される。

このように、複数の基板上に薄膜およびコーティングを堆積させるための装置（２００）は、アプリケータ（２０１）を備え、当該アプリケータ（２０１）は、マイクロ波透過性窓（２０９）と、当該マイクロ波透過性窓（２０９）から介在距離「ｄ」の所に配置された、マイクロ波発生ユニット（２０３ａ）からマイクロ波エネルギーを受け取るための複数のポート（２０３）の配列と、を有する。着脱可能な蓋（２０５ａ）を有するマイクロ波透過性容器（２０５ｂ）は、当該アプリケータ（２０１）上に取り付けられている。当該マイクロ波透過性容器（２０５ｂ）は、化学前駆体を有する液体（２０７）を貯留するように構成されており、当該液体（２０７）は、当該マイクロ波透過性窓（２０９）の全体を通って伝播するマイクロ波により、一様なマイクロ波電界強度で照射され、その結果、当該化学前駆体がマイクロ波照射反応を受けるように構成されている。着脱可能な蓋（２０５ａ）は、当該マイクロ波透過性容器（２０５ｂ）に接続された複数のプランジャ（２１２）によって作用可能である。複数の基板チャネル（２１０、２１１）は、当該着脱可能な蓋（２０５ａ）の内側部分と当該マイクロ波透過性容器（２０５ｂ）の上側部分との間に配置されている。複数のプーリの第１のセット（２０８ａ）は、当該着脱可能な蓋（２０５ａ）に接続されており、かつ、複数のプーリの第２のセット（２０８ａ）は、当該マイクロ波透過性容器（２０５ｂ）の内側に配置されている。ループ状基板運搬装置（２０８）は、第１および第２の当該複数のプーリ（２０８ａ）と移動可能に接触するように配置されている。複数の可動ステム（２０６）は、当該ループ状基板運搬装置（２０８）に接続されており、かつ、当該複数の可動ステム（２０６）は、当該複数の基板チャネル（２１０、２１１）を通って当該マイクロ波透過性容器（２０５ｂ）に出入りするように構成されている。複数の基板（２０４）は、当該複数の可動ステム（２０６）に取り外し可能に接続されており、複数の当該基板（２０４）の下向き部分は、当該液体（２０７）と接触状態にある当該基板（２０４）の表面上に、当該化学前駆体の反応生成物を膜として堆積させるために、照射された当該液体（２０７）と接触状態にあるように配置されている。当該装置（２００）において、バルブ（２１６）を有する入口（２１４）およびバルブ（２１６）を有する出口（２１５）は、当該マイクロ波透過性容器（２０５ｂ）に接続されている。プローブ（２２０）は、当該マイクロ波透過性容器（２０５ｂ）内の当該液体の特性および当該膜（１１９）の成長を監視するように、当該アプリケータ（２０１）内および当該マイクロ波透過性容器（２０５ｂ）内に配置されている。当該プローブ（２２０）は、赤外線（ＩＲ）装置、紫外線（ＵＶ）装置、可視光（Ｖ）装置および超音波装置から選択された送受信機アセンブリであることが好ましい。当該装置（２００）内で使用される複数の当該基板（２０４）は、同じ幾何学的形状を有するか、または異なる幾何学的形状を有する。言い換えれば、当該装置（２００）は、異なる種類の基板上への成膜を同時に支援する。この好ましい実施形態では、当該基板（２０４）の大きさは、１～２０００ｃｍ^２であるように選択される。

次に、基板３０４上に成膜するためのシステム３００の好ましい実施形態について説明する。本発明に係る装置３００を使用した広範な概略的アーキテクチャを、図１６に示す。

システム３００には、アプリケータ３０１が含まれる。アプリケータ３０１には、マイクロ波透過性窓３０９が設けられている。複数のポート３０３の配列は、複数のマイクロ波発生ユニット３３０から複数のマイクロ波導波管３２９を通してマイクロ波エネルギーを受け取るように配置されている。基板カートリッジチャンバ３１０は、アプリケータ３０１上に取り付けられている。着脱可能な蓋３０５ａと、ステム３０６と、を有するマイクロ波透過性容器３０５ｂを含むカートリッジ３０５は、基板カートリッジチャンバ３１０内に、着脱可能に配置されている。マイクロ波透過性容器３０５ｂは、液体３０７を貯留するための容器であり、化学前駆体により満たされるように配置されている。液体３０７は、マイクロ波透過性窓３０９を通って伝播するマイクロ波放射に曝され、その結果、当該化学前駆体は、マイクロ波照射反応を受ける。基板３０４は、着脱可能な蓋３０５ａに取り外し可能に接続されており、基板３０４の下向き部分は、液体３０７と接触状態にある基板３０４の表面上に、化学前駆体の反応生成物を膜３１９として堆積させるために、照射された液体３０７と接触状態にある。複数のマイクロ波発生ユニット３３０は、複数の導波管３２９を介して、複数のポート３０３の配列に接続されている。複数のマイクロ波発生ユニット３３０は、大きさ１Ｗの分解能（resolution）の刻み幅で０～５ｋＷの範囲のマイクロ波出力パワーを生成するために、好ましくは、マグネトロンと、変圧器を含むその他の電気装置と、を備える。マイクロ波発生ユニットは、中央制御監視ユニット３３２に接続されており、かつ、当該中央制御監視ユニット３３２から命令を受けるように構成されている。複数のプローブ３２０は、アプリケータ３０１内および基板カートリッジチャンバ３１０内に配置され、かつ、プローブ管理ユニット３３１に接続されている。プローブ管理ユニット３３１は、中央制御監視ユニット３３２にフィードバックを与え、かつ、当該中央制御監視ユニット３３２からの命令を受けるための、デジタル信号処理ユニットおよびデジタル通信モジュールを備える。また、プローブ管理ユニット３３１は、送信機および受信機の駆動パワー要求、ならびに、命令記憶およびマイクロコントローラを制御することができる。

気体注入ユニット３２７および真空制御ユニット３２８は、それぞれ気体入口および真空入口３１５、３１３を介して、基板カートリッジチャンバ３１０およびアプリケータ３０１に接続されている。気体注入制御ユニット３２７は、気体注入システム３１３ａおよび３１５ａの活動を制御および監視する。図１７に示すように、（３１５ａと同一である）気体注入システム３１３ａの内部接続および主要部分は、各気体シリンダ３１３ａ１からの複数の気体入口、質量流制御器（マスフローコントローラ）の合同プール３１３ａ２、気体混合器３１３ａ３および調節弁３１３ａ４を備える。同様に、真空制御ユニット３２８は、気体排気システム３１４ａおよび３１６ａの活動を制御および監視する。気体排気システムの内部接続および主要部分の代表図を、図１８に示す。ここには、調節弁３１４ａ１、真空ポンプ３１４ａ２、および排気気体管路３１４ａ３が示されている。

ステム移動制御ユニット３２２は、デュアルモーションアクチュエータ３２３を介してステム３０６に接続されている。ステム移動制御ユニット３２２は、中央制御監視ユニット３３２に内部的に接続されている。ステム移動制御ユニット３２２は、中央制御監視ユニット３３２にフィードバックを与え、かつ、当該中央制御監視ユニット３３２からの命令を受けるように、当該中央制御監視ユニット３３２との双方向通信が可能である。

中央制御監視ユニット３３２は、システムのさまざま他の構成要素と通信するように、配置および構成されている。当該システムのさまざま他の構成要素には、気体注入制御ユニット３２７、マイクロ波発生ユニット３３０、プローブ管理ユニット３３１、気体排気制御ユニット３２８およびステム移動制御ユニット３２２が含まれる。例示的な実施形態では、中央制御監視ユニット３３２は、プロセッサ、メモリおよびデータストレージを備える。当該プロセッサ、メモリおよびデータストレージが合わさって、プログラムされたコンピュータの少なくとも一部が形成されている。動作中の当該プログラムされたコンピュータは、本発明に係るシステム３００のための論理演算を実行する。中央制御監視ユニット３３２は、１または複数のプロセッサを含む。当該１または複数のプロセッサは各々、データ上のプログラム命令を実行することができる。メモリユニットは、不揮発性メモリを含んでもよい。中央制御監視ユニット３３２は、マイクロ波エネルギーおよび複数のポートの配置を調節できるように、複数のマイクロ波エネルギー発生ユニット３３０に接続されている。

中央制御監視ユニット３３２は、金属層３１８に接続されている。中央制御監視ユニット３３２は、アンテナ素子１１８ａの一実施形態を使用することによって、複数のポート３０３の配列から伝播するマイクロ波場の強さを測定するように構成されている。当該アンテナ素子は、中央制御監視ユニット３３２へと場の強度の情報をリアルタイムでフィードする。次に、中央制御監視ユニット３３２は、複数のマイクロ波発生ユニット３３０の出力パワーと、複数のポート３０３の配列における各ポートの物理的構成とを反復的に調節して、アンテナ素子１１８ａにおいて、所望の電界強度レベルを達成する。中央制御監視ユニット３３２は、気体注入ユニット３２７および真空制御ユニット３２８に接続されており、かつ、アプリケータ３０１および基板カートリッジチャンバ３１０の雰囲気を制御するように構成されている。中央制御監視ユニット３３２は、ステム移動制御ユニット３２２に接続されており、着脱可能な蓋３０５ａと、ステム３０６と、を有するマイクロ波透過性容器３０５ｂを含むカートリッジ３０５、基板３０４および液体３０７の移動を制御できるようになっている。中央制御監視ユニット３３２は、プローブ管理ユニット３３１に接続されており、液体の特性および膜の成長をプローブで調べるように構成されている。

このように、基板上に成膜するためのシステム（３００）は、アプリケータ（３０１）を備え、当該アプリケータ（３０１）は、マイクロ波透過性窓（３０９）と、当該マイクロ波透過性窓（３０９）から介在距離「ｄ」の所に配置された、マイクロ波発生ユニット（３０３ａ）からマイクロ波エネルギーを受け取るための複数のポート（３０３）の配列と、を有する。基板カートリッジチャンバ（３１０）は、当該アプリケータ（３０１）上に取り付けられている。カートリッジ（３０５）は、マイクロ波透過性容器（３０５ｂ）と、着脱可能な蓋（３０５ａ）と、ステム（３０６）と、を含み、当該基板カートリッジチャンバ（３１０）内に着脱可能に配置されている。当該マイクロ波透過性容器（３０５ｂ）は、化学前駆体を有する液体（３０７）を貯留するように構成されており、当該液体（３０７）は、当該マイクロ波透過性窓（１０９）の全体を通って伝播するマイクロ波により、一様なマイクロ波電界強度で照射され、その結果、当該化学前駆体がマイクロ波照射反応を受けるように構成されている。基板（３０４）は、当該着脱可能な蓋（３０５ａ）に取り外し可能に接続されており、当該基板（３０４）の下向き部分は、当該液体（３０７）と接触状態にある当該基板（３０４）の表面上に、当該化学前駆体の反応生成物を膜（３１９）として堆積させるために、照射された当該液体（３０７）と接触状態にあるように構成されている。複数のマイクロ波エネルギー発生ユニット（３３０）は、複数の導波管（３２９）を介して当該複数のポート（３０３）に接続されている。複数のプローブ（３２０）は、当該アプリケータ（３０１）内および当該基板カートリッジチャンバ（３１０）内に配置され、かつ、プローブ管理ユニット（３３１）に接続されている。気体注入ユニットおよび真空制御ユニット（３２７、３２８）は、当該基板カートリッジチャンバ（３１０）および当該アプリケータ（３０１）にそれぞれ気体入口および真空入口（３１５、３１３）を介して接続されている。ステム移動制御ユニット（３２２）は、デュアルモーションアクチュエータ（３２３）を介して、ステム（３０６）に接続されている。中央制御監視ユニット（３３２）は、当該複数のマイクロ波エネルギー発生ユニット（３３０）に作用可能に接続されており、かつ、当該マイクロ波エネルギーおよび当該複数のポートの配置を調節するように構成されている。また、当該中央制御監視ユニット（３３２）は、導電層（３１８）に接続されており、かつ、当該マイクロ波エネルギーの電界強度を測定するように構成されている。また、当該中央制御監視ユニット（３３２）は、当該気体注入ユニットおよび真空制御ユニット（３２７、３２８）に接続されており、かつ、当該アプリケータ（３０１）および当該基板カートリッジチャンバ（３１０）の雰囲気を制御するように構成されている。さらに、当該中央制御監視ユニット（３３２）は、当該ステム移動制御ユニット（３２２）に接続されており、かつ、当該着脱可能な蓋（３０５ａ）と、当該ステム（３０６）と、を有する当該マイクロ波透過性容器（３０５ｂ）を含む当該カートリッジ（３０５）、当該基板（３０４）および当該液体（３０７）の移動を制御するように構成されている。また、当該中央制御監視ユニット（３３２）は、当該プローブ管理ユニット（３３１）に接続されており、かつ、当該液体の特性および当該膜の成長をプローブで調べるように構成されている。

本発明に係るシステムでは、当該複数のプローブ（３２０）は、赤外線（ＩＲ）装置、紫外線（ＵＶ）装置、可視光（Ｖ）装置および超音波装置から選択された送受信機アセンブリである。複数のマイクロ波エネルギー発生ユニット（３３０）は、ソリッドステートＭＧＵであることが好ましい。

次に、マイクロ波補助条件下において、基板上に（１または複数の）膜を成膜する処理の好ましい実施形態について、図１９ａ～図１９ｇを参照しつつ説明する。

初めに、既述の実施形態で説明したように、基板カートリッジチャンバおよびアプリケータを有する装置が選択される。

少なくとも１種類の化学前駆体および少なくとも１種類の溶媒による反応液が調製される。好ましい化学前駆体は、有機金属塩または無機金属塩から選択される。好ましい金属塩には、チタン（Ｔｉ）、バナジウム（Ｖ）、クロム（Ｃｒ）、マンガン（Ｍｎ）、鉄（Ｆｅ）、コバルト（Ｃｏ）、ニッケル（Ｎｉ）、銅（Ｃｕ）、亜鉛（Ｚｎ）、バリウム（Ｂａ）、ストロンチウム（Ｓｒ）、モリブデン（Ｍｏ）、アルミニウム（Ａｌ）、ガリウム（Ｇａ）、インジウム（Ｉｎ）等の金属のハロゲン化物、硝酸塩、酢酸塩およびβ－ジケトナトが含まれる。当該無機金属塩には、上記の複数の金属元素のハロゲン化物、硝酸塩、酢酸塩が含まれる。他方、当該有機金属塩には、上記の複数の金属元素のアセチルアセトナト等のβ‐ジケトナトが含まれるが、これに限定されるものではない。上記の化学前駆体は、酸化物の薄膜、一般には、ＺｎＯ等の二元酸化物、ＮｉＦｅ_２Ｏ_４等の三元酸化物またはＹＢａ_２Ｃｕ_３Ｏ_７等の四元酸化物の薄膜を成膜するのに適しているだろう。

好ましい態様では、化学前駆体の反応生成物の成膜のために選択される当該化学前駆体は、所望の膜の組成内に含まれる金属の、有機金属化合物または無機塩である。例えば、所望の膜は、一般式ＡＢ_２Ｏ_４の酸化物であってもよいだろう。ここで、Ａは、Ｍｎ、Ｎｉ、Ｃｏ、Ｃｕ、Ｚｎ、Ｃｒ、Ｆｅまたはこれらの金属の組合せのうちの１つであり、Ｂは、Ｆｅであり、Ｏは、酸素である。ＢがＦｅの場合、ＡＢ_２Ｏ_４は、スピネルのフェライトになるだろう。一般式ＡＢ_１２Ｏ_１９を有するその他のフェライト材料も、薄膜状に好適に成膜することができる。ここで、Ａは、バリウム（Ｂａ）、ストロンチウム（Ｓｒ）またはＢａ、Ｓｒ、Ｃｏ、Ｔｉ、Ａｌ、Ｚｎ、Ｚｒ、Ｓｎ、Ｒｕ、Ｍｎの組み合わせのうちの１つであり、Ｂは、Ｆｅであり、Ｏは、酸素である。

所望の薄膜が金属カルコゲン化物の薄膜である場合、チオ‐β‐ジケトナト等の適切な化学前駆体が好ましい。ここで、β‐ジケトナト分子中の酸素（Ｏ）は、硫黄（Ｓ）で置換されている。その他のカルコゲン、すなわち、セレン（Ｓｅ）およびテルル（Ｔｅ）についても同様である。また、化学前駆体は、分子構造中にカルコゲンを有する種々の有機金属化合物から、マイクロ波エネルギーを吸収するのに適した溶媒中におけるそれらの溶解度を考慮しつつ、選択することができる。

例示的な態様では、本発明において、有機金属化学前駆体の使用が例示されている。また、マイクロ波照射下で成膜を行うために、無機塩等のその他の化学前駆体を使用することも、本発明の範囲に含まれる。

化学前駆体は、所望の最終生成物、例えば酸化物の内部における、金属イオン含有量の化学量論的な比に基づくモル比にて混合される。好ましい態様では、金属錯体の化学前駆体であるＺｎ（ＩＩ）アセチルアセトナトおよびＦｅ（ＩＩＩ）アセチルアセトナトが、比率１：２（０．５ｍｍｏｌ：１ｍｍｏｌ）のモル比にて用いられ、１‐デカノール（２５ｍｌ）およびエタノール（１５ｍｌ）を含有する混合溶媒内に溶解されて、基板上に亜鉛フェライト（ＺｎＦｅ_２Ｏ_４）膜を成膜するための反応液が形成される。

処理に使用される溶媒は、極性溶媒、有機溶媒または水系溶媒（aqueous solvent）である。好ましい極性溶媒としては、水、メタノール、エタノール、２－プロパノール、ブタノール、オクタノール、１－デカノール、エチレングリコール、ベンジルアルコールおよびジメチルスルホキシド、またはこれらの溶媒の組み合わせが挙げられる。他方、好ましい有機溶媒としては、メタノール等の短炭素鎖を有する溶媒、１－デカノール等の長炭素鎖を有する溶媒、またはベンジルアルコール等の環状炭素鎖を有する溶媒が挙げられる。

また、エタノール－水混合物等の水系溶媒も、本発明にかかる処理工程において、適切に使用することができる。

本発明に係るマイクロ波補助による成膜処理では、約７０℃（短炭素鎖アルコール、メタノールの沸点付近）～約２５０℃（長炭素鎖アルコール、１‐デカノールの沸点付近）の範囲内の沸点を有する溶媒を考慮して、好ましい溶媒が選択される。

本発明に係る処理工程のための（１種類のまたは複数種類の）好ましい溶媒の選択により、それらの沸点が異なるものであるゆえに反応液の名目温度（nominal temperature）が制御され、その結果、基板上に成膜する膜の形成を生ずる反応機構が制御される。

選択された（１種類または複数種類の）前駆体および（１種類または複数種類の）溶媒を有する、このようにして調製された反応液は、基板カートリッジチャンバ内に配置された基板カートリッジにおけるマイクロ波透過性容器内に移される。マイクロ波透過性容器は、アプリケータのマイクロ波透過性窓上に取り付けられるか、またはアプリケータのマイクロ波透過性窓上に置かれる。この構成では、化学前駆体の反応生成物が成膜する基板は、マイクロ波発生ゾーン（アプリケータ）から物理的に分離している。

次いで、選択された化学前駆体の反応生成物によって成膜するために、適切な基板が選択される。基板の材料は、導電体、好ましくは銅（Ｃｕ）、チタン（Ｔｉ）、クロム（Ｃｒ）、金（Ａｕ）、白金（Ｐｔ）、銀（Ａｇ）およびグラフェン、金属合金、好ましくはチタン合金（ＴａＮ）、銅合金およびパーマロイ等の材料から選択される。また、当該材料は、半導体等のその他の材料、好ましくはシリコン（Ｓｉ）、ゲルマニウム（Ｇｅ）、ヒ化ガリウム（ＧａＡｓ）、窒化ガリウム（ＧａＮ）、リン化インジウム（ＩｎＰ）および炭化ケイ素（ＳｉＣ）から好適に選択することができる。加えて、酸化アルミニウム、溶融石英、ケイ酸塩ガラス、ポリマー材料等の電気絶縁体も、基板材料として使用することができる。また、上述の材料の組み合わせは、Ａｌコーティングされたシリコン、Ｃｕコーティングされた溶融石英、またはシリカコーティングされたシリコンウェハ上のＣｒおよびＡｕの層状積層体等の基板に使用するのに、好適に適合させることができる。

基板がマイクロ波エネルギーに曝されると、その基板はその誘電特性および導電性に応じてマイクロ波エネルギーを吸収し、その結果、基板の表面上の多数の離散スポットが、ホットスポットとして知られるエネルギーを得ておよび活性化した状態になり得る、ということを考慮して、基板が選択される。これらのホットスポットは、マイクロ波照射の曝露下において、液体中の化学前駆体の反応生成物により成膜するための、潜在的な核生成の部位（サイト）として働く。

いったん所望の基板が選択されれば、次の工程において、選択された化学前駆体の反応生成物の成膜が基板上で行われる当該基板の表面もまた、選択される。

選択された基板は、基板カートリッジの着脱可能な蓋の下に配置される。当該配置は、真空吸引機構によって、または、着脱可能な蓋にしっかりと（液密に）基板を保持するように構成された機械的支持体によって、下向きの配置構成にて行われる。当該下向きの配置構成において、成膜対象となる基板の面または表面は、液体に面するように配置される。この工程では、基板の他方の面（または反対の面）を使用して、基板カートリッジの着脱可能な蓋に、基板が接続される。

次の工程において、基板表面が反応液と接触した状態で基板を配置するか、または、反応液中に基板を浸漬している間の、マイクロ波透過性容器内の反応液の液柱高さ（ｈ）を決定する。言い換えれば、基板上に成膜する必要のある膜の厚さの程度により、反応液の液柱高さ（ｈ）がその誘電特性に応じて決定され、その結果、基板のうち成膜の必要な部分のみが、反応液に曝される。例示的な態様では、本発明の処理工程では、好ましい液柱高さ（ｈ）が、本発明の範囲内において、前述の溶媒に対して１ｍｍ～５０ｃｍであるように決定される。

次に、基板を有する着脱可能な蓋を、所定の液柱高さ（ｈ）にしたがって、マイクロ波透過性容器内に存在する液体の方へと、垂直に移動させる。

あるいは、別の好ましい工程では、図９ａおよび図９ｂに示すように、液柱高さ（ｈ）は、着脱可能な蓋の厚さを変化させることによっても決定することができる。

基板のうち成膜の必要な部分が、いったん、反応液の表面と接触状態になるか、または、反応液中に浸漬されると、アプリケータおよび基板カートリッジチャンバは、（１種類または複数種類の）気体の流れを調節し、真空レベルを監視することによって、所望の雰囲気条件を得るように構成される。基板カートリッジチャンバ内の所望の雰囲気は、成膜反応に固有であり、使用する前駆体、溶媒、基板、および作動温度等の処理条件に依存する。アプリケータおよびカートリッジチャンバに対して、空気、酸素、窒素、アルゴンまたはこれらの気体の組み合わせから選択される気体の存在下で、１ｍｔｏｒｒ～１０００ｔｏｒｒの範囲内の動作圧力にて、雰囲気が維持される。当該動作圧力は、一般的な圧力計により測定される。気体注入システムおよび排気システムが所望のレベルにある雰囲気を監視および維持することが当該圧力計により補助される。

そして、アプリケータから、当該アプリケータのマイクロ波透過性窓を通して基板カートリッジチャンバ内へと、特定の成膜処理の要件に応じて選択される所望のマイクロ波電界強度のマイクロ波のみを伝播させる工程が続く。マイクロ波透過性窓を透過する当該マイクロ波電界強度は、０～５０ｋＶ／ｍの範囲内となるように選択され、アンテナ素子により測定される。マイクロ波放射振動数は、好ましくは２．４５ＧＨｚまたは９１５ＭＨｚであり、マイクロ波発生ユニットの出力パワーは、１０Ｗ～５ｋＷである。

マイクロ波エネルギーの電界強度は、マイクロ波透過性窓の下方に配置された金属層の一実施形態として存在するアンテナ素子により、マイクロ波透過性窓において測定される。この情報は、中央制御監視ユニットへとフィードバックされ、次に、当該中央制御監視ユニットは、複数のマイクロ波発生ユニットの出力パワー、および、複数のポートの配列の個々のマイクロ波ポートの位置を反復的に制御して、マイクロ波場の所望の強度を達成する。

反応物の液体が所望のマイクロ波照射（例えば、１０ｋＶ／ｍの電界強度、２．４５ＧＨｚ）を受けると、当該液体が熱せられる。液体の温度が上昇するにつれ、（図１ｂに示すように、基板カートリッジの蓋上に、利用可能なベントがない場合）カートリッジ内の圧力は、上昇した溶媒の蒸気圧（約１５バール）によって増大する。これにより、溶媒の沸点は、上昇するものの、２００℃を超えない。マイクロ波照射下かつ上昇した温度および圧力下で、液体中で化学反応が起こり、その結果、（好ましくは酸化物材料の）固体ナノクリスタリットが形成され、これが、核となって、最終的に、浸漬した基板上に成膜する。化学前駆体および溶媒の選択に応じて、処理には、約２０秒～１時間を要する。（厚さ１０ｎｍ～１００μｍの）薄く一様な膜によって基板がコーティングされていることが、処理の終わりに見出される。このとき、当該クリスタリットの大きさは、（図２３に示す電子顕微鏡の使用により推定されるように）約５ｎｍである。

基板の成膜表面上に形成される核生成の部位は、強く付着した滑らかな膜を得るための鍵となる。十分な付着性を有する膜が観察された場合、核生成の密度は非常に大きく、最小で１０００／μｍ^２である。図２３は、亜鉛フェライト膜がＳｉ（１００）基板上に成膜した場合の～１７００の核生成の部位の密度を示す。

本発明に係る処理工程により、マイクロ波照射条件の下、５０℃～４００℃、好ましくは２００℃の温度で、磁性材料（フェライト、またはガーネット等）を含むがこれに限定されない付着性酸化物の、液体媒質中における基板上への急速な成膜が容易になる。

基板上に酸化物材料を成膜するための本発明における記載の処理には、前駆体として、無毒であり、通常のアルコールに溶解する有機金属化合物が使用される。その結果、成膜処理の全体が、環境に優しいものとなる。

本発明における記載の成膜処理では、マイクロ波の電磁（ＥＭ）場中で各溶媒分子が双極子回転できるように、適切な化学前駆体および溶媒が使用される。その結果、摩擦が生じ、それが反応液内に局所的な高温をもたらす。この結果、酸化物材料が急速に形成される。溶液全体がＥＭ場下にあるとき、複数の酸化物部分が形成され、それらが小さなクリスタリットへと核生成し、その結果、溶液中に浸漬した基板上に、微細構造を有する酸化物膜が生じる。

本発明の処理では、熱力学的平衡から遠ざかるように反応機構が化学反応を進める条件下において、溶液媒質中の化学反応が起こる。その結果、しばしばナノメートルの形態にて得られる酸化物材料中に、新規の機械的、電気的、磁気的および光学的特性がもたらされる。その一例が、顕著な室温磁化を有するナノ結晶亜鉛フェライトの形成である。これは、一般に、部分的結晶学的反転（partial crystallographic inversion）として知られる、材料の結晶構造内部における、平衡とは程遠い原子配列によるものである。これは、亜鉛フェライトのスピネル構造内に起こり、上記の条件下において、膜の形成中に生じる。

液体は、所望のマイクロ波電界強度の存在下にて照射され、その結果、化学前駆体の反応が起こる。これにより、基板上に核生成の部位が形成され、続いて、当該液体と接触状態にある基板の表面上に、化学前駆体の反応生成物が、所望の一様な厚さ、組成および物理的特性を有する膜として堆積する。

膜でコーティングされた当該基板は、着脱可能な蓋を持ち上げることによって、基板カートリッジチャンバから取り外される。

図１５に示すように、処理は、複数の基板上に一度に、または、複数の基板上に連続的なバッチ処理にて、成膜に適した（図１９ｃのフローチャートに示すような）代替的な工程を提供する。

また、図１１ｂに示すように、処理は、基板カートリッジの蓋に取り付けられた基板ホルダを適切に変更することにより、基板の両面に成膜を可能にする、代替的な工程を提供する。

また、図１２ａに示すように、処理は、基板と基板カートリッジの蓋との間に導電層を挿入することにより、マイクロ波吸収能力が乏しい基板に適用するための、代替的な工程を提供する。導電層の種類（例えば、ＣｕまたはＡｌまたはＦｅ等の材料）、導電層の厚さ（例えば、２０ｎｍ～１ｍｍの範囲内；その所与の材料における、２．４５ＧＨｚ放射の表皮厚さ未満）、および、導電層のパターン（例えば、図１２ｂに示すパターン、ただしこれに限定されるものではない）に応じて基板表面が活性化し、核生成の部位の形成が可能となる。

また、図１０に示すように、処理は、勾配状の、すなわち膜の厚さに勾配のある成膜を、基板カートリッジの蓋の幾何学的形状を適切に変更することによって可能にする、代替的な工程を提供する。基板を保持する基板カートリッジの蓋の底面は、水平面に対して１°～３０°の角度θだけ傾斜させられる。

また、図１９ｆのフローチャートに示すように、処理は、反復的な閉ループ制御工程により、所望の厚さの膜を成膜する工程を含む。その場で（in situ）厚さを測定するプローブにより、上記処理制御のための必要なフィードバックが提供される。

処理は、１０秒～１時間の持続時間においてパルス状のマイクロ波場または一定のマイクロ波場の照射下で成膜処理を継続させて、一様な膜またはあまり一様でない膜を実現することを可能にする工程を含む。

処理は、基板カートリッジを回転させて、膜の厚さおよび組成がより一様になることが確実となるようにする工程を含む。基板の回転速度は、１～１００ｒｐｍであり、基板カートリッジの蓋上に配置されたステムに取り付けられたギアアセンブリによって管理される。

処理は、任意の設定パラメータの安全限界が侵された場合にマイクロ波照射を終了させる工程を含む。基板カートリッジ内に確立される処理温度および処理圧力の安全限界はそれぞれ、２５～４００℃、５０～３００ｐｓｉ（ポンド毎平方インチ）である。

このように、基板上に成膜するためのマイクロ波補助処理は、以下の複数の工程を含む：少なくとも１種類の化学前駆体および少なくとも１種類の溶媒からなる液体を調製し、基板カートリッジチャンバ内に配置された基板カートリッジのマイクロ波透過性容器内へと当該液体を移す工程。当該基板カートリッジの着脱可能な蓋上に基板を下向きに取り付けて、当該基板が前記液体と接触状態にあるように、好ましい液柱高さ（ｈ）において前記基板を配置する工程。複数のポートの配列の選択された構成により達成される所望の強度の一様なマイクロ波の場を、アプリケータのマイクロ波透過性窓の全体を通して、当該基板カートリッジチャンバ内へと伝播させる工程。得られる当該マイクロ波の電界強度の存在下において、当該液体を照射する工程。当該基板上に核生成の部位（場所）を形成するように当該化学前駆体を反応させ、その結果、当該液体と接触状態にある当該基板の表面上に、当該化学前駆体の反応生成物を、所望の一様な厚さ、組成および物理的特性を有する膜として堆積させる工程。当該基板カートリッジチャンバからコーティングされた当該基板を取り外す工程。

本発明に係る処理工程では、前記少なくとも１種類の化学前駆体は、複数の金属塩から選択され、前記複数の金属塩は、有機塩、無機塩または有機塩と無機塩との組み合わせであり、好ましくは、チタン（Ｔｉ）、バナジウム（Ｖ）、クロム（Ｃｒ）、マンガン（Ｍｎ）、鉄（Ｆｅ）、コバルト（Ｃｏ）、ニッケル（Ｎｉ）、銅（Ｃｕ）、亜鉛（Ｚｎ）、バリウム（Ｂａ）、ストロンチウム（Ｓｒ）、モリブデン（Ｍｏ）、アルミニウム（Ａｌ）、ガリウム（Ｇａ）もしくはインジウム（Ｉｎ）のハロゲン化物、硝酸塩、酢酸塩、β－ジケトナトまたはチオ－β－ジケトナトである。

処理工程に用いる前記溶媒は、極性溶媒、好ましくは、水、メタノール、エタノール、２－プロパノール、ブタノール、オクタノール、１－デカノール、エチレングリコール、ベンジルアルコールおよびジメチルスルホキシドから選択される。

本発明に係る処理工程では、前記基板は、金属コーティングした半導体もしくはコーティングのない半導体、好ましくはシリコン（Ｓｉ）、ゲルマニウム（Ｇｅ）、ヒ化ガリウム（ＧａＡｓ）、窒化ガリウム（ＧａＮ）、リン化インジウム（ＩｎＰ）、炭化ケイ素（ＳｉＣ）、Ｇａ_２Ｏ_３およびダイアモンド、または、金属コーティングした絶縁体もしくはコーティングのない絶縁体、好ましくは酸化アルミニウム、溶融石英、ＭｇＯ、ガラスもしくはポリマー材料である。

さて、以下の複数の実施例により、本発明に係る処理を例証する。当業者ならば、これらの実施例は、単に例示として与えられており、発明を限定するものと見なされるべきではないことを認識するだろう。

（実施例１）
金属錯体である化学前駆体（Ｚｎ（ＩＩ）アセチルアセトナトおよびＦｅ（ＩＩＩ）アセチルアセトナト）を、比率１：２（０．５ｍｍｏｌ：１ｍｍｏｌ）のモル比にて用い、１‐デカノール（２５ｍｌ）およびエタノール（１５ｍｌ）を含有する混合溶媒内に溶解して、反応液を形成する。化学前駆体を有する当該反応液を、基板カートリッジチャンバのマイクロ波透過性容器内へと移す。この基板カートリッジチャンバは、当該基板カートリッジチャンバから物理的に分離したアプリケータのマイクロ波透過性窓上に取り付けられる。基板として、大きさ２ｃｍ×２ｃｍ、厚さ４５０μｍのシリコンウェハＳｉ（１００）を選択する。当該基板は、１μｍの厚さのホウリンケイ酸ガラス（borophosphosilicate glass：ＢＰＳＧ）の最上層を有する。当該基板を、基板カートリッジの着脱可能な蓋に取り外し可能に接続し、真空チャックによって基板カートリッジチャンバ内に配置する。当該基板の下向き部分を、マイクロ波透過性容器内に存在する反応液中に浸漬する。安全限界を、温度および圧力に対し、それぞれ、２００℃および２００ｐｓｉに設定する。次いで、当該反応液に、振動数２．４５ＧＨｚにて動作するマイクロ波発生アセンブリから、アプリケータのマイクロ波透過性窓を通して、１０ｋＶ／ｍ（±５％）という所望のマイクロ波電界強度を有する一様強度のマイクロ波照射を、成膜処理の全持続時間にわたって行う。当該マイクロ波照射は、２つのマイクロ波ポートを、互いに１０ｃｍ離隔し、かつ、垂直オフセットをゼロにしてマイクロ波透過性窓から３０ｃｍの距離に置いた状態に保つことで得る。当該マイクロ波照射下かつ上昇した温度にて、液体中の化学前駆体は反応を受け、その結果、基板上に核生成の部位が形成され、亜鉛フェライト膜が成膜する。亜鉛フェライトは、当該液体と接触状態にある基板のＢＰＳＧ層上に、１５分という短時間で、膜として堆積する。堆積膜を有する基板を、基板カートリッジチャンバから取り出し、走査型電子顕微鏡（scanning electron microscopy：ＳＥＭ）にかける。図２０に示すように、対応するコーティングされた膜の断面像から、厚さ１．２μｍの亜鉛フェライトの一様な膜が基板上に成膜したことが確認される。また、基板の長さと幅の全域において、亜鉛フェライト膜の厚さは＜２％の変動において一様であることも観察される。

（実施例２）
化学前駆体（Ｎｉ（ＩＩ）アセチルアセトナトおよびＦｅ（ＩＩＩ）アセチルアセトナト）を、比率１：２（０．５ｍｍｏｌ：１ｍｍｏｌ）のモル比にて用い、１‐デカノール（２５ｍｌ）およびエタノール（１５ｍｌ）を含有する混合溶媒内に溶解して、反応液を形成する。化学前駆体を有する当該反応液を、基板カートリッジチャンバのマイクロ波透過性容器内へと移す。この基板カートリッジチャンバは、当該基板カートリッジチャンバから物理的に分離したアプリケータのマイクロ波透過性窓上に取り付けられる。基板として、大きさ２ｃｍ×２ｃｍ、厚さ４５０μｍのシリコンウェハＳｉ（１１０）を選択する。当該基板を、基板カートリッジの着脱可能な蓋に取り外し可能に接続し、基板カートリッジチャンバ内に配置する。当該基板の下向き部分を、マイクロ波透過性容器内に存在する反応液中に浸漬する。安全限界を、温度および圧力に対し、それぞれ、２００℃と２００ｐｓｉに設定する。実施例１とは対照的に、本実施例の反応液に、２．４５ＧＨｚの動作振動数のマイクロ波発生アセンブリから、アプリケータのマイクロ波透過性窓を通して、出力パワーが０～３００Ｗの間で変化する可変強度のマイクロ波照射を、１５分間という成膜処理の全持続時間にわたって行う。複数のポートの配置は、実施例１において最適化したものが維持される。このマイクロ波照射条件下および上昇した温度にて、液体中の化学前駆体は、動的な様態において、マイクロ波のパワーが０～３００Ｗの間で変動する反応を受け、これにより、空間的に不均質な核生成が生じる。その結果、（～３から４μｍの）厚いが非一様なニッケルフェライトの膜が、１５分という短時間で、基板上に形成される。堆積膜を有する基板を、基板カートリッジチャンバから取り出し、走査型電子顕微鏡（ＳＥＭ）にかける。図２１に示すように、対応するコーティングされた膜の断面像から、～３から４μｍの厚さを有する厚いが非一様なニッケルフェライト膜が成膜したことが確認される。

（実施例３）
本実施例では、二価の亜鉛イオンの５０％を二価のマンガンイオンで置き換えることにより形成される、マンガン‐亜鉛フェライトの厚く一様な膜の成膜が示される。この反応生成物を得るために、化学前駆体（Ｚｎ（ＩＩ）アセチルアセトナト、Ｍｎ（ＩＩ）アセチルアセトナトおよびＦｅ（ＩＩＩ）アセチルアセトナト）を、比率０．５：０．５：２（０．２５ｍｍｏｌ：０．２５ｍｍｏｌ：１ｍｍｏｌ）のモル比にて用い、１‐デカノール（２５ｍｌ）およびエタノール（１５ｍｌ）を含有する混合溶媒内に溶解して、反応液を形成する。化学前駆体を有する当該反応液を、基板カートリッジチャンバのマイクロ波透過性容器内へと移す。この基板カートリッジチャンバは、当該基板カートリッジチャンバから物理的に分離したアプリケータのマイクロ波透過性窓に取り付けられる。基板として、厚さ４５０μｍのシリコンウェハＳｉ（１００）を選択する。（直径４”の）当該基板は、厚さ１μｍのホウリンケイ酸ガラス（ＢＰＳＧ）の最上層を有する。安全限界を、温度および圧力に対し、それぞれ、２００℃および２００ｐｓｉに設定する。次いで、実施例１に記載したように、当該反応液に、アプリケータのマイクロ波透過性窓を通して、一様強度のマイクロ波照射を、成膜処理の全持続時間にわたって行う。当該マイクロ波照射下かつ上昇した温度にて、液体中の化学前駆体は反応を受け、その結果、マンガン‐亜鉛フェライト核の形成を引き起こす核生成が生じ、マンガン‐亜鉛フェライト核が形成される。当該マンガン‐亜鉛フェライト核は、液体と接触状態にある浸漬した基板表面上、すなわち、液体と接触状態にある基板のＢＰＳＧ層上に堆積し、膜を形成する。堆積膜を有する基板を、基板カートリッジチャンバから取り出し、走査型電子顕微鏡（ＳＥＭ）にかける。図２２に示すように、対応するコーティングされた膜の断面像から、厚さ０．８μｍのマンガン－亜鉛フェライトの厚く一様な膜が基板上に成膜したことが確認される。

（実施例４）
本実施例では、実施例１にて得られるような亜鉛フェライト膜の基板－膜境界面を掻き出し、プローブで調べて、基板上の堆積膜の核生成の部位の密度を明らかにする。膜表面の高分解能ＳＥＭ（high-resolution SEM：ＨＲＳＥＭ）像を、図２３に示す。膜表面のＨＲＳＥＭ像には、５ｎｍ未満の拡がりを有する多数の小さな球状粒子の存在が示される。これらの粒子は、初期の核として基板上で働き、その結果、最終的に膜を形成する。これらの核の密度は、～１５００／μｍ^２であると決定される。

（実施例５）
本実施例では、図２４に示すように、８４０ｎｍという所望の膜の厚さが実現されるように、ＩＲプローブにより膜の厚さをその場で監視し、マイクロ波照射の持続時間を制御する。これにより、比厚さ（specific thickness）８４０ｎｍの、実施例１に記載したような亜鉛フェライトの滑らかで一様な膜を、Ｓｉ（１００）基板上に成膜する。堆積膜の意図する厚さは、１０００ｎｍである。厚さ測定において、誤差は～１５％である。他方、別の例では、実施例２に記載した化学前駆体の調合と、実施例１に記載したマイクロ波場の最適化とにしたがい、可視光プローブを用いて膜の厚さを監視することによって、滑らかで一様なニッケルフェライトの膜を成膜する。２００ｎｍという所望の膜の厚さが得られるように、処理条件を制御する。実際の膜の厚さは、～２１０ｎｍであることが分かった。誤差は１０％未満である。

（実施例６）
基板に作用するマイクロ波の電界強度は、核生成の部位の形成において重要な役割を有しており、膜の厚さと膜表面の形態や構造を決定する。基板とマイクロ波透過性窓との間の反応液柱の誘電特性は、マイクロ波電界強度をスクリーニングする際に、非常に大きな役割を演じる。本実施例では、図２５に示すように、Ｓｉ（１００）基板の略長方形（３ｃｍ×１ｃｍ）の一片を、反応液中に浸漬しつつ、水平面に対して傾斜角１０°で配置し、実施例１に記載したような亜鉛フェライト膜を成膜した。ちょうど２分間、３００Ｗ（マイクロ波振動数＝２．４５ＧＨｚ）の一定出力のマイクロ波により、液体を照射する。本実施例では、基板の下の液柱の高さ（ｈ）は、基板の一方の縁部から他方の縁部まで、基板の長さに沿って次第に変化する。本実施例では、基板は水平面に対して斜めに保たれ、その結果、当該基板は、異なる２つの「ｈ」の値を有するに至る。「より薄い」液柱では、マイクロ波場が液体中へとより良好に透過することによって、核の急速な形成が促進される結果、より厚い膜の成長が生じる（すなわち、膜の成長速度がより大きい）。それと同時に、これとは対照的に、「より厚い」液柱がその下にある基板の部分上には、より薄い膜が形成される。

（実施例７）
本実施例では、図２６に示すように、視覚的には異なるが化学的には均質の亜鉛フェライト膜の２つの層を、異なる２つの工程により成膜する。初めに、化学前駆体（Ｚｎ（ＩＩ）アセチルアセトナトおよびＦｅ（ＩＩＩ）アセチルアセトナト）を１：２（０．２ｍｍｏｌ：０．４ｍｍｏｌ）のモル比にて、１‐デカノール（７ｍｌ）およびエタノール（３ｍｌ）を含有する混合溶媒中に混合することによって、反応液を調製する。化学前駆体を有する当該反応液を、基板カートリッジチャンバのマイクロ波透過性容器内へと移す。この基板カートリッジチャンバは、当該基板カートリッジチャンバから物理的に分離したアプリケータのマイクロ波透過性窓上に取り付けられる。基板として、シリコンウェハＳｉ（１００）（３ｃｍ×１ｃｍ；厚さ４５０μｍ）を選択する。当該基板を、基板カートリッジの着脱可能な蓋に取り外し可能に接続し、基板カートリッジチャンバ内に配置する。当該基板の下向き部分を、マイクロ波透過性容器内に存在する反応液中に浸漬する。次いで、当該反応液に、振動数２．４５ＧＨｚにて作動するマイクロ波発生アセンブリから、アプリケータのマイクロ波透過性窓を通して、出力パワー３００Ｗの一定強度のマイクロ波照射を、３０分間という成膜処理の全持続時間にわたって行う。次の工程では、膜の成長速度が遅くなった場合に、マイクロ波透過性容器内の反応液の交換を、カートリッジの着脱可能な蓋を基板とともに持ち上げることで行う。着脱可能な蓋を再び下ろすことで、新しい反応液中に基板を浸漬する。基板と液体とを、同様のマイクロ波出力により、再び照射する。２つの照射工程にて成膜した基板を、基板カートリッジチャンバから取り出し、走査型電子顕微鏡（ＳＥＭ）にかける。図２６に示すように、対応するコーティングされた膜の断面像は、結果として、合計厚さ１．７μｍが得られたことを示す（すなわち、第１の照射工程において１μｍの厚さが得られ、第２の照射工程において０．７μｍの厚さが得られた）。

（実施例８）
別の例では、基板の両面上に成膜ができるよう指定した基板ホルダ１０５ａ３を使用することで、ニッケルフェライト膜を、（本発明の上述の実施例２において説明したように）基板の前面上に成膜するのと同時に、（図２７に示すように）Ｓｉ（１００）基板の後面上に成膜する。基板として、２ｃｍ×２ｃｍ、厚さ４５０μｍのシリコン基板を使用する。基板をしっかりと保持するように設計されたホルダ上に存在する一対の溝を使用して、基板をホルダに固定する。成膜した後面の膜は、基板全体にわたって広がり、前面の膜と同様の形態的特性および化学的特性を有する。

（実施例９）
実施例１に記載したような成膜処理に従い、ファウンドリにて得られたシリコンチップ（大きさ：２．５×２．５ｍｍ）上に、亜鉛フェライト膜を成膜した。このシリコンチップの最上層は、ポリマー材料、パッシベーション層（passivation layer）として知られる厚さ２μｍのポリアミド、および、周知のマイクロ波透過性材料から構成される。このポリアミド層の下には、パターン形成された金属（厚さ０．８μｍのＡｌ）層が存在する。２つの金属ストリップ間の間隔は、ケイ酸塩ガラスで満たされている。図２８は、金属パターンが下に存在するポリアミド表面上に選択的に成膜した亜鉛フェライト膜を示す。本実施例では、ポリアミド等のマイクロ波透過性基板の後方に導電層を有するときの結果と同様の、ポリマー基板上における成膜が示される。

［本発明の利点］
本発明により、清浄な条件下で（基板上に）さまざまな材料の薄膜を成膜するための装置および方法が提供される。これは、本発明のマイクロ波透過性窓によって、液体（溶液）媒質内におけるマイクロ波補助化学処理において、マイクロ波空洞から成膜チャンバを分離できるようになるためである。

本発明では、（マイクロ波エネルギー源に対して）基板が下向きである構成を採用することによって、上記の液体中に適切な温度勾配と核生成の密度勾配とが設定され、基板上に付着性の膜を成膜するための条件が作り出される。

本発明に係る、液体に基づく処理には、薄膜の成膜において通常使用される高真空状態を作り出し維持するために必要となる高価な装置が必要とされない。

本発明に係る液体に基づく処理により、成膜した結晶膜が得られる。このため、その他の成膜の方法において通常必要とされる高い基板温度での成膜または成膜後の焼鈍（処理）の必要性がなくなる。したがって、本発明により、清浄な、ＣＭＯＳに適合する成膜の方法および処理が提供される。また、この処理および方法は、低温での成膜が望まれる場合（例えば、融点の低いポリマーから基板が作られる場合）は常に、有利である。

本発明に係る装置および方法は、マイクロ波場を成膜ゾーンで一様な強度とするための条件を調整することで、一様な厚さおよび組成を有する膜を得るための方法を提供する。

本発明は、（平坦な）基板の両面上に成膜するための装置および方法を提供する。

本発明は、厚さおよび組成の非一様性が意図的に選択された膜を基板全体に成膜するための装置および方法を提供する。

本発明は、液体に基づく化学反応成膜において、成膜する薄膜の厚さを監視および制御するための手段を提供する。

上記の（同じ）監視および制御するための手段により、高品質の成膜を繰り返し確実に行うことができるように液体（溶液）を監視することが可能となる。

本発明では、溶液をマイクロ波照射している間に基板を回転させることにより、一様な厚さおよび組成を有する膜を成膜することができる。

本発明では、無毒の溶媒中に溶解した無毒の化学前駆体を使用することにより、環境に優しい成膜の方法および処理が提供される。

本発明では、無毒の溶媒中に溶解した適切な無毒の化学前駆体の使用を可能とすることにより、酸化物およびカルコゲン化物を含む、多種多様な材料の薄膜の成膜を提供する。

また、本発明では、「ベルトコンベア様の」方式にて「バッチ処理」の成膜を基板上に行う装置および方法が提供される。

本発明に係る装置、方法および処理により、単一ウェハ方式とバッチ処理方式との両方において、高品質の薄膜の成膜に成功できるようにするための包括的な制御が提供される。

本発明に係る装置の概略断面図であり、アプリケータからの基板カートリッジチャンバの物理的な分離を示す。 基板カートリッジチャンバのマイクロ波透過性蓋の概略上面図である。 基板カートリッジチャンバの概略断面図であり、基板上に成膜する膜を示す。 基板を有する基板カートリッジの概略分解断面図である。 アプリケータ内部に基板カートリッジチャンバのある構成を示す概略断面図である。 それぞれマイクロ波発生ユニットを有する、アプリケータ内の複数のポートの一配置構成を示す概略断面図である。 それぞれマイクロ波発生ユニットを有する、アプリケータ内の複数のポートの例示的な配置構成を示す概略断面図である。 それぞれマイクロ波発生ユニットを有する、アプリケータ内の複数のポートの配置構成を示す概略上面図である。 装置の概略断面図であり、アプリケータ内の雰囲気条件を制御するための手段を示す。 装置の概略断面図であり、基板上に成膜した膜の厚さをその場で特性評価および測定するための送受信機アセンブリの配置構成を示す。 装置の概略断面図であり、マイクロ波吸収性材料でコーティングされた基板カートリッジチャンバの複数の壁を示す。 装置の概略断面図であり、基板カートリッジの垂直移動を示す。 装置の概略断面図であり、基板カートリッジを垂直移動およびパルス状垂直移動（ｚ軸移動）させるための構成を示す。 装置の概略断面図であり、基板カートリッジを垂直移動およびパルス状垂直移動（ｚ軸移動）させるための構成を示す。 装置の概略断面図であり、基板がマイクロ波透過性容器内の液体と表面が接触した状態にある構成を示す。 装置の概略断面図であり、基板カートリッジを回転移動させるための構成を有する。 噛み合い構成の概略断面図であり、着脱可能な蓋の回転を示す。 装置のカートリッジの概略断面図であり、マイクロ波透過性容器内の液柱高さの変化に関する構成、すなわちｚ軸移動を示す。 装置のカートリッジの概略断面図であり、マイクロ波透過性容器内の液柱高さの変化に関する構成、すなわちｚ軸移動を示す。 装置のカートリッジの概略断面図であり、基板が勾配を有する構成を示す。 装置のカートリッジの概略断面図であり、基板の両面コーティングのための構成を示す。 装置のカートリッジの概略断面図であり、基板の両面コーティングのための構成を示す。 装置のカートリッジの概略断面図であり、導電金属層を有する蓋を示す。 装置のカートリッジの概略断面図および上面図であり、パターン形成された導電金属層を示す。 装置の概略断面図であり、導電金属層がアプリケータのマイクロ波透過性窓上にある構成を示す。 アプリケータのマイクロ波透過性窓上に配置された導電金属層の概略上面図である。 装置の概略断面図であり、マイクロ波透過性容器がマイクロ波透過性窓を有しない構成を示す。 基板のバッチ処理装置を示す概略断面図である。 基板上に薄膜およびコーティングを堆積させるための、本発明に係る装置を用いた広範なシステムアーキテクチャである。 本発明に係るシステムの気体注入手段を示す概略図である。 本発明に係るシステムの真空制御手段を示す概略図である。 少なくとも１つの基板上に成膜するための処理工程を示すフローチャートである。 少なくとも１つの基板上に成膜するための処理工程を示すフローチャートである。 少なくとも１つの基板上に成膜するための処理工程を示すフローチャートである。 少なくとも１つの基板上に成膜するための処理工程を示すフローチャートである。 少なくとも１つの基板上に成膜するための処理工程を示すフローチャートである。 Ｓｉ／ＢＰＳＧ基板上における厚く一様な亜鉛フェライト膜の断面ＳＥＭ像である。 シリコン基板上における厚いが一様ではないニッケルフェライト膜の断面ＳＥＭ像である。 Ｓｉ／ＢＰＳＧ基板上における厚く一様なマンガン－亜鉛フェライトの断面ＳＥＭ像である。 シリコン基板から掻き出した亜鉛フェライト膜の小片の断面ＳＥＭ像であり、基板との接触状態にあった上記膜の表面を示す。 シリコン基板上に成膜した（ａ）亜鉛フェライトおよび（ｂ）ニッケルフェライトの滑らかで一様な膜の２つの断面ＳＥＭ像である。 厚さに勾配のある亜鉛フェライト膜が成膜したシリコン基板の一片の写真である。 ２工程（段階）の成膜処理による、シリコン基板上における亜鉛フェライトの厚い２層の膜のＳＥＭ像である。第１の工程の終了時に反応液を補充した後、続けて成膜が行われる。 ニッケルフェライト膜を前面と同時に成膜したシリコン基板の後面のＳＥＭ像の上面図である。 厚さ２μｍのポリアミド層上に選択的に成膜した亜鉛フェライト膜のＳＥＭ像の上面図であり、パターン形成されたＡｌ金属層がポリアミド層の下に位置している。フェライト膜がＡｌ金属パターンに従って成膜したことを示す。

Claims (38)

1. 基板上に成膜するためのマイクロ波補助装置（１００）であって、
   （ｉ）マイクロ波透過性窓（１０９）と、前記マイクロ波透過性窓（１０９）から介在距離「ｄ」の所に配置された、複数のマイクロ波発生ユニット（１０３ａ）からマイクロ波エネルギーを受け取るための複数のポート（１０３）の配列と、を有するアプリケータ（１０１）と、
   （ｉｉ）前記アプリケータ（１０１）上に取り付けられた、着脱可能なカバー（１１０ａ）を有する基板カートリッジチャンバ（１１０）と、
   （ｉｉｉ）着脱可能な蓋（１０５ａ）と、前記着脱可能なカバー（１１０ａ）に接続されたステム（１０６）と、を有するマイクロ波透過性容器（１０５ｂ）を含み、前記基板カートリッジチャンバ（１１０）内に着脱可能に配置されたカートリッジ（１０５）と、
   （ｉｖ）化学前駆体を有する液体（１０７）を貯留するように構成された前記マイクロ波透過性容器（１０５ｂ）であって、前記液体（１０７）は、前記マイクロ波透過性窓（１０９）の全体を通って伝播するマイクロ波により、一様なマイクロ波電界強度で照射され、その結果、前記化学前駆体がマイクロ波補助反応を受けるように配置されている、前記マイクロ波透過性容器（１０５ｂ）と、
   （ｖ）前記着脱可能な蓋（１０５ａ）に取り外し可能に接続された基板（１０４）であって、前記基板（１０４）の表面上に、前記化学前駆体の反応生成物を膜（１１９）として堆積させるために、前記基板（１０４）の下向き部分が、照射された前記液体（１０７）と接触状態にあるように構成された、基板（１０４）と、
   を備える、装置（１００）。
2. 前記マイクロ波透過性窓（１０９）の材料は、溶融石英、ポリテトラフルオロエチレン（ＰＴＦＥ）または単結晶酸化アルミニウム（Ａｌ_２Ｏ_３）である、請求項１に記載の装置（１００）。
3. 複数のベント（１０８）は、前記着脱可能な蓋（１０５ａ）上に配置されている、請求項１に記載の装置（１００）。
4. 前記カートリッジ（１０５）は、前記アプリケータ（１０１）内に配置されている、請求項１に記載の装置（１００）。
5. 配列としての前記複数のポート（１０３）は、基準平面（１１１）に対して水平かつオフセットしており、かつ、前記マイクロ波透過性窓（１０９）の中心軸（１１２）に対して対称または非対称に配置されている、請求項１に記載の装置（１００）。
6. 気体注入チャネルおよび真空チャネル（１１３、１１４、１１５、１１６）は、前記アプリケータ（１０１）および前記基板チャンバ（１１０）にそれぞれ接続されている、請求項１に記載の装置（１００）。
7. 前記マイクロ波透過性容器（１０９）内の前記液体の特性および前記基板（１０４）上の前記膜（１１９）の成長を監視するためのプローブ（１２０）は、前記アプリケータ（１０１）内および前記基板チャンバ（１１０）内に配置されており、
   前記プローブ（１２０）は、赤外線（ＩＲ）装置、紫外線（ＵＶ）装置、可視光（Ｖ）装置および超音波装置から選択された送受信機アセンブリである、請求項１に記載の装置（１００）。
8. 前記基板カートリッジチャンバ（１１０）の複数の壁（１２１）の上部および側部は、マイクロ波吸収性材料、好ましくは、炭化ケイ素（ＳｉＣ）またはストロンチウムヘキサフェライト（ＳｒＦｅ_１２Ｏ_１９）でコーティングされている、請求項１に記載の装置（１００）。
9. デュアルモーションアクチュエータ（１２３）は、前記カートリッジ（１０５）の前記ステム（１０６）に接続されており、
   前記カートリッジ（１０５）は、垂直軸（１１２）の周りを回転し、前記基準平面（１１１）に対して垂直に移動するように構成されている、請求項１に記載の装置（１００）。
10. 前記着脱可能な蓋（１０５ａ）および前記マイクロ波透過性容器（１０５ｂ）は、相互に差があるように回転するよう配置されている、請求項１に記載の装置（１００）。
11. 前記基板（１０４）は、前記液体（１０７）内に浸漬されるように配置されている、請求項１に記載の装置（１００）。
12. 前記着脱可能な蓋（１０５ａ）の厚さは、変更可能である、請求項１に記載の装置（１００）。
13. 前記着脱可能な蓋（１０５ａ）の底面は、勾配輪郭（１０５ａ２）を有し、
    前記勾配輪郭は、前記基準平面（１１１）に対して１～３０度の範囲内の角度で傾斜している、請求項１に記載の装置（１００）。
14. ホルダ（１０５ａ３）は、前記着脱可能な蓋（１０５ａ）に接続されており、マイクロ波透過性材料、好ましくは、溶融石英またはポリテトラフルオロエチレン（ＰＴＦＥ）から作製されている、請求項１に記載の装置（１００）。
15. 導電層（１１７）は、前記着脱可能な蓋（１０５ａ）と前記基板（１０４）との間に配置されており、
    前記導電層（１１７）は、連続したものであるか、またはパターン形成されたものである、請求項１に記載の装置（１００）。
16. 金属層（１１８）は、前記マイクロ波透過性窓（１０９）に接続され前記アプリケータ（１０１）の内側部分に面しており、偏光子およびアンテナ（１１８ａ）として構成されている、請求項１に記載の装置（１００）。
17. 前記マイクロ波透過性容器（１０５ｂ）は、前記マイクロ波透過性窓（１０９）の代わりに配置されている、請求項１に記載の装置（１００）。
18. 前記基板（１０４）の材料は、金属、金属合金、半導体または絶縁体から選択されたものである、請求項１に記載の装置（１００）。
19. 前記基板（１０４）の大きさは、１～２０００ｃｍ^２である、請求項１に記載の装置（１００）。
20. 前記膜の平均表面粗さは、１～５０ｎｍであり、
    前記膜の厚さは、１０ｎｍ～１００μｍである、請求項１に記載の装置（１００）。
21. 前記基板（１０４）は、１～１００ｒｐｍの速さで回転するように構成されている、請求項１に記載の装置（１００）。
22. 複数の基板上に薄膜およびコーティングを成膜するための装置（２００）であって、
    （ｉ）マイクロ波透過性窓（２０９）と、前記マイクロ波透過性窓（２０９）から介在距離「ｄ」の所に配置された、マイクロ波発生ユニット（２０３ａ）からマイクロ波エネルギーを受け取るための複数のポート（２０３）の配列と、を有するアプリケータ（２０１）と、
    （ｉｉ）前記アプリケータ（２０１）上に取り付けられた、着脱可能な蓋（２０５ａ）を有するマイクロ波透過性容器（２０５ｂ）であって、化学前駆体を有する液体（２０７）を貯留するように構成されており、前記液体（２０７）は、前記マイクロ波透過性窓（２０９）の全体を通って伝播するマイクロ波により、一様なマイクロ波電界強度で照射され、その結果、前記化学前駆体がマイクロ波照射反応を受けるように構成されている、マイクロ波透過性容器（２０５ｂ）と、
    （ｉｉｉ）前記マイクロ波透過性容器（２０５ｂ）に接続された複数のプランジャ（２１２）によって作用可能な、着脱可能な蓋（２０５ａ）と、
    （ｉｖ）前記着脱可能な蓋（２０５ａ）の内側部分と前記マイクロ波透過性容器（２０５ｂ）の上側部分との間に配置された、複数の基板チャネル（２１０、２１１）と、
    （ｖ）前記着脱可能な蓋（２０５ａ）に接続された複数のプーリの第１のセット（２０８ａ）、および、前記マイクロ波透過性容器（２０５ｂ）の内側に配置された複数のプーリの第２のセット（２０８ａ）と、
    （ｖｉ）第１および第２の前記複数のプーリ（２０８ａ）と移動可能に接触するように配置された、ループ状基板運搬装置（２０８）と、
    （ｖｉｉ）前記ループ状基板運搬装置（２０８）に接続されており、かつ、前記複数の基板チャネル（２１０、２１１）を通って前記マイクロ波透過性容器（２０５ｂ）に出入りするように構成された、複数の可動ステム（２０６）と、
    （ｖｉｉｉ）前記複数の可動ステム（２０６）に取り外し可能に接続された複数の基板（２０４）であって、前記液体（２０７）と接触状態にある前記基板（２０４）の表面上に、前記化学前駆体の反応生成物を膜として堆積させるために、複数の前記基板（２０４）の下向き部分が、照射された前記液体（２０７）と接触状態にあるように配置された、複数の基板（２０４）と、
    を備える、装置（２００）。
23. バルブ（２１６）を有する入口（２１４）およびバルブ（２１６）を有する出口（２１５）は、前記マイクロ波透過性容器（２０５ｂ）に接続されている、請求項２２に記載の装置（２００）。
24. 前記マイクロ波透過性容器（２０５ｂ）内の前記液体の特性および前記膜（１１９）の成長を監視するためのプローブ（２２０）は、前記アプリケータ（２０１）内および前記マイクロ波透過性容器（２０５ｂ）内に配置されており、
    前記プローブ（２２０）は、赤外線（ＩＲ）装置、紫外線（ＵＶ）装置、可視光（Ｖ）装置および超音波装置から選択された送受信機アセンブリである、請求項２２に記載の装置（２００）。
25. 複数の前記基板（２０４）は、同じ幾何学的形状を有するか、または異なる幾何学的形状を有する、請求項２２に記載の装置（２００）。
26. 前記基板（２０４）の大きさは、１～２０００ｃｍ^２である、請求項２２に記載の装置（２００）。
27. 基板上に成膜するためのシステム（３００）であって、
    （ｉ）マイクロ波透過性窓（３０９）と、前記マイクロ波透過性窓（３０９）から介在距離「ｄ」の所に配置された、マイクロ波発生ユニット（３０３ａ）からマイクロ波エネルギーを受け取るための複数のポート（３０３）の配列と、を有するアプリケータ（３０１）と、
    （ｉｉ）前記アプリケータ（３０１）上に取り付けられた基板カートリッジチャンバ（３１０）；着脱可能な蓋（３０５ａ）と、ステム（３０６）と、を有するマイクロ波透過性容器（３０５ｂ）を含み、前記基板カートリッジチャンバ（３１０）内に着脱可能に配置されたカートリッジ（３０５）；化学前駆体を有する液体（３０７）を貯留するように構成された前記マイクロ波透過性容器（３０５ｂ）であって、前記液体（３０７）は、前記マイクロ波透過性窓（１０９）の全体を通って伝播するマイクロ波により、一様なマイクロ波電界強度で照射され、その結果、前記化学前駆体がマイクロ波照射反応を受けるように構成されている、前記マイクロ波透過性容器（３０５ｂ）；および、前記着脱可能な蓋（３０５ａ）に取り外し可能に接続された基板（３０４）であって、前記液体（３０７）と接触状態にある前記基板（３０４）の表面上に、前記化学前駆体の反応生成物を膜（３１９）として堆積させるために、前記基板（３０４）の下向き部分が、照射された前記液体（３０７）と接触状態にあるように構成された、基板（３０４）と、
    （ｉｉｉ）複数の導波管（３２９）を介して前記複数のポート（３０３）に接続された、複数のマイクロ波エネルギー発生ユニット（３３０）と、
    （ｉｖ）前記アプリケータ（３０１）内および前記基板カートリッジチャンバ（３１０）内に配置され、かつ、プローブ管理ユニット（３３１）に接続された、複数のプローブ（３２０）と、
    （ｖ）前記基板カートリッジチャンバ（３１０）および前記アプリケータ（３０１）にそれぞれ気体入口および真空入口（３１５、３１３）を介して接続された、気体注入ユニットおよび真空制御ユニット（３２７、３２８）と、
    （ｖｉ）デュアルモーションアクチュエータ（３２３）を介してステム（３０６）に接続された、ステム移動制御ユニット（３２２）と、
    （ｖｉｉ）前記複数のマイクロ波エネルギー発生ユニット（３３０）、導電層（３１８）、前記気体注入ユニットおよび真空制御ユニット（３２７、３２８）、前記ステム移動制御ユニット（３２２）、ならびに前記プローブ管理ユニット（３３１）に作用可能に接続された中央制御監視ユニット（３３２）であって、前記マイクロ波エネルギーおよび前記複数のポートの配置を調節し、かつ、前記マイクロ波エネルギーの電界強度を測定し、かつ、前記アプリケータ（３０１）および前記基板カートリッジチャンバ（３１０）の雰囲気を制御し、かつ、前記着脱可能な蓋（３０５ａ）と、前記ステム（３０６）と、を有する前記マイクロ波透過性容器（３０５ｂ）を含む前記カートリッジ（３０５）、前記基板（３０４）および前記液体（３０７）の移動を制御し、かつ、前記液体の特性および前記膜の成長をプローブで調べるように構成された、中央制御監視ユニット（３３２）と、
    を備える、システム（３００）。
28. 前記複数のプローブ（３２０）は、赤外線（ＩＲ）装置、紫外線（ＵＶ）装置、可視光（Ｖ）装置および超音波装置から選択された送受信機アセンブリである、請求項２７に記載のシステム（３００）。
29. 前記複数のマイクロ波エネルギー発生ユニット（３３０）は、ソリッドステートＭＧＵである、請求項２７に記載のシステム（３００）。
30. 基板上に成膜するためのマイクロ波補助処理であって、
    （ｉ）少なくとも１種類の化学前駆体および少なくとも１種類の溶媒からなる液体を調製し、基板カートリッジチャンバ内に配置された基板カートリッジのマイクロ波透過性容器内へと前記液体を移す工程と、
    （ｉｉ）前記基板カートリッジの着脱可能な蓋上に基板を下向きに取り付けて、前記基板が前記液体と接触状態にあるように、好ましい液柱高さ（ｈ）において前記基板を配置する工程と、
    （ｉｉｉ）複数のポートの配列の選択された構成により達成される所望の強度の一様なマイクロ波の場のみを、アプリケータのマイクロ波透過性窓の全体を通して、前記基板カートリッジチャンバ内へと伝播させる工程と、
    （ｖ）得られる前記マイクロ波の電界強度の存在下において、前記液体を照射する工程と、
    （ｖｉ）前記基板上に核生成の部位を形成するように前記化学前駆体を反応させ、その結果、前記液体と接触状態にある前記基板の表面上に、前記化学前駆体の反応生成物を、所望の一様な厚さ、組成および物理的特性を有する膜として堆積させる工程と、
    （ｖｉｉｉ）前記基板カートリッジチャンバから前記膜を有する前記基板を取り外す工程と、
    を含む、処理。
31. 前記少なくとも１種類の化学前駆体は、複数の金属塩から選択され、
    前記複数の金属塩は、有機塩、無機塩または有機塩と無機塩との組み合わせであり、好ましくは、チタン（Ｔｉ）、バナジウム（Ｖ）、クロム（Ｃｒ）、マンガン（Ｍｎ）、鉄（Ｆｅ）、コバルト（Ｃｏ）、ニッケル（Ｎｉ）、銅（Ｃｕ）、亜鉛（Ｚｎ）、バリウム（Ｂａ）、ストロンチウム（Ｓｒ）、モリブデン（Ｍｏ）、アルミニウム（Ａｌ）、ガリウム（Ｇａ）もしくはインジウム（Ｉｎ）のハロゲン化物、硝酸塩、酢酸塩、β－ジケトナトまたはチオ－β－ジケトナトである、請求項３０に記載の処理。
32. 前記少なくとも１種類の溶媒は、極性溶媒、好ましくは、水、メタノール、エタノール、２－プロパノール、ブタノール、オクタノール、１－デカノール、エチレングリコール、ベンジルアルコールおよびジメチルスルホキシドから選択される、請求項３０に記載の処理。
33. 前記基板は、金属コーティングした半導体もしくはコーティングのない半導体、好ましくはシリコン（Ｓｉ）、ゲルマニウム（Ｇｅ）、ヒ化ガリウム（ＧａＡｓ）、窒化ガリウム（ＧａＮ）、リン化インジウム（ＩｎＰ）、炭化ケイ素（ＳｉＣ）、Ｇａ_２Ｏ_３およびダイアモンド、または、金属コーティングした絶縁体もしくはコーティングのない絶縁体、好ましくは酸化アルミニウム、溶融石英、ＭｇＯ、ガラスもしくはポリマー材料である、請求項３０に記載の処理。
34. 前記液柱高さ（ｈ）は、１ｍｍ～５０ｃｍである、請求項３０に記載の処理。
35. 前記アプリケータおよび前記基板カートリッジチャンバの雰囲気は、空気、酸素、窒素、アルゴンまたはこれらの組み合わせであり、
    動作圧力は、１ｍｔｏｒｒ～１０００ｔｏｒｒである、請求項３０に記載の処理。
36. 前記マイクロ波透過性窓を透過する前記マイクロ波の前記電界強度は、０～５０ｋＶ／ｍである、請求項３０に記載の処理。
37. 前記マイクロ波の放射振動数は、好ましくは２．４５ＧＨｚまたは９１５ＭＨｚであり、
    前記マイクロ波発生ユニットの出力パワーは、１０Ｗ～５ｋＷである、請求項３０に記載の処理。
38. 前記核生成の密度は、最小で１０００／μｍ^２である、請求項３０に記載の処理。
    
    

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